主动电磁悬浮系统等效刚度和阻尼的在线测量

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1、主动电磁悬浮系统等效刚度和阻尼的在线测量蒋科坚，祝长生（浙江大学电气工程学院，杭州，310027）摘要：主动电磁悬浮系统的等效刚度和阻尼不仅与系统本身的尺寸和结构特性有关，而且与控制器所采用控制策略密切相关。在控制系统传递函数已知的前提下，可以对主动电磁悬浮系统的等效刚度和阻尼进行理论计算。然而，在许多无法得到系统传递函数的情况下，如何确定主动电磁悬浮等效刚度和阻尼是一个值得研究的问题。本文首先分析了主动电磁悬浮等效刚度和阻尼的理论计算方法。而后从闭环系统的角度出发，提出了一种不依赖于系统传递函

2、数的主动电磁悬浮等效刚度和阻尼的在线测量方法。最后，进行了PID控制策略下的等效刚度和阻尼的测试实验，并与理论计算结果进行了对比，分析了PID控制器的参数、激振幅度和激振频率对主动电磁悬浮等效刚度和阻尼的影响。结果表明，本文所提出的在线测量方法能够实时地对主动电磁悬浮系统的等效刚度和阻尼进行准确识别，其结果可以作为主动电磁悬浮系统动力学特性研究的依据。关键词：主动电磁悬浮；等效刚度；等效阻尼；在线测量On-lineMeasurementofEquivalentStiffnessandDampin

3、ginActiveMagneticLevitationsJiangKejianZhuChengsheng(CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou,310027)Abstract:Besidesthestructureandthesize,thecontrolstrategyplaysanimportantroleinequivalentstiffnessanddampingperformanceofActiveMagn

4、eticLevitationsystem.However,itisdifficulttotheoreticallycalculatethestiffnessandthedampingwhenthetransferfunctionofcontrollerisunknown.Thispaperfirstlyanalysestheequivalentstiffnessanddampingcalculatinginthetheory.Then,basedontheclosed-loopcontrolth

5、eory,amethodwhichcanmeasureequivalentstiffnessanddampingwithoutregardtothetransferfunctionisproposed.Theexperiment,whichtestingtheinfluenceoftheamplitude,thefrequencyandthePIDparametersontheequivalentstiffnessanddamping,indicatesthatthemethodcancorre

6、ctlyidentifytheequivalentstiffnessandtheequivalentdampinginreal-time.Dependonitsoutcome,dynamicanalysiscanbeimprovedintheActiveMagneticLevitationinvestigation.Keywords:Activemagneticlevitation；Equivalentstiffness；Equivalentdamping,；On-linemeasurement

7、90引言主动电磁悬浮，特别是主动电磁轴承，的魅力不仅在于它是一种无摩擦的支承装置，更重要的是其支承的动力学特性可通过控制策略进行在线调节优化。前者决定了主动电磁悬浮能够应用在高速场合；后者使得可以通过控制策略的设计，优化主动电磁悬浮在不同频段的支承特性，实现对支承刚度和阻尼的主动控制，从而抑制振动。过去的研究表明，主动电磁悬浮系统的动力学特性可以用等效刚度及等效阻尼参数来描述。但是，主动电磁悬浮系统的等效刚度和阻尼不仅与结构尺寸有关，而且还受到其控制器所采用的控制策略的影响。只有在已知控制系统传

8、递函数的条件下，才可能对主动电磁9悬浮系统的等效刚度和阻尼进行理论计算。目前各种新型的智能控制策略都成功地实现应用在主动电磁悬浮系统中，但这些控制策略无法归结出相应的传递函数。在控制系统传递函数未知的情况下，如何确定主动电磁悬浮系统的等效刚度和阻尼是主动电磁悬浮系统动力特性研究中所必须解决的关键问题。早在1980年Haberman[1]就对主动电磁悬浮系统刚度作了研究，提出了“浴盆”形复刚度曲线。此后，多数研究者均以此为基础分析主动电磁轴承系统的动力特性。Humphris等[2]从主动电磁轴承系