主动磁悬浮轴承的分析及优化

《主动磁悬浮轴承的分析及优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterSimulationandOptimizationonRadialActiveMagneticBearingAuthor:ZhangHuayiAdvisor:Prof.FanQifuSchoolofElectronicsandElectricEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityShanghai,P.R.ChinaFebruary23,2010主动磁悬浮轴承的分析及优化摘要在磁悬浮领域中，应用

2、最广泛的就是磁悬浮轴承。它是利用电磁力将转轴悬浮在磁场中，使转子在空间无机械接触、无磨损地旋转的一种新型高性能轴承。由于具有无需润滑、无油污染、寿命长以及适用于许多应用环境等优点，因而具有一般传统轴承所无法比拟的优越性，因此近年来国内外对其研究都颇为重视。为了提高磁悬浮轴承的性能，需要合理设计磁轴承的结构，这就要求对磁轴承的电磁场以及磁悬浮力有深入的了解，为此本文基于有限元分析软件COMSOLMultiphysics建立了主动磁轴承系统的有限元分析模型，通过仿真对磁悬浮轴承在单侧磁极作用和差动磁极作用两种工作方式下，激励电流、气隙宽度、磁极宽度、偏心等因素对其电磁力

3、的影响进行了深入细致的探讨。然后，本文探讨了一种将优化软件iSIGHT与COMSOLMultiphysics相结合来对磁悬浮轴承进行优化设计的方法，并采取序列二次规划算法对磁轴承进行了结构优化设计，得出了相应条件下磁轴承的最优参数，取得了满意的结果，从优化结果来看：COMSOL与iSIGHT软件相结合来对磁悬浮轴承进行分析设计是一个快捷、有效的方法.最后，为磁轴承系统建立单自由度的控制模型，本文采用经典的PID控制策略来实现对单自由度磁轴承系统的闭环控制，并给出了闭环控制系统的仿真和分析结果，完成了整个磁悬浮轴承系统的设计。第I页本文的研究结果可以为磁悬浮轴承的电磁

4、场分析和结构设计提供参考和依据，也为进一步的磁轴承的多物理建模和仿真分析以及多学科设计优化等提供了一个可行的途径，具有一定的现实意义。关键词：磁悬浮轴承，有限元，COMSOL，iSIGHT第II页SimulationandOptimizationonRadialActiveMagneticBearingABSTRACTRadialactivemagneticbearing(AMB)isatypicalsysteminmagneticsuspensionfield.Theactivemagneticbearingcansupportarotorwithoutconta

5、ctbyusingelectromagneticforce.Withtheadvantageofunlubricated,littleoilcontaminated,longlife-spanandtheadaptabilityofvariousenvironment,AMBiswidelyused.SotheresearchonAMBismoreandmorefurther.Itisreasonabletodesignthestructureofactivemagneticbearingproperlyfortheimprovementofitsperforman

6、ce.BasedonfiniteelementanalysissoftwareCOMSOLMultiphysics,thesimulationofAMBisstudiedwhilethesuspendingforceofAMBiscalculated.First,webuildedupadynamicparametermodel,sowecananalyzethemagneticfielddistributionandmagneticforceatanarbitrarysize.Thenwediscussedsomeelementwhichaffectmagneti

7、cfiledsuchascoilcurrent,airgap,polewidthandrotorbiasundertwoworkingmode.ThentheoptimizationprocessofAMBmodelispresentedonthebasisofoptimizationsoftwareiSIGHTtogetherwithCOMSOL,duringwhichtheAMBmodeliscalledautomaticallybyiSIGHT.Weusedsequentialquadraticprogrammingmethodandtheresultsh