交流主动磁轴承模糊自抗扰解耦控制及涡流损耗的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要磁悬浮轴承也称磁力轴承或磁轴承，是一种新型高性能轴承，它利用电磁力将转子稳定悬浮于空间，从而实现定转子问无任何机械接触，是集机械学、电磁学、力学、电子学和控制工程等多门学科于一体的机电一体化产品，具有无摩擦、无磨损、不需润滑、无油污染、高速度、高精度及寿命长等优点，从根本上克服了传统轴承的缺点，在航空航天、机械加工、医疗和能源等领域有着广泛潜在的应用前景。目前国内外对磁轴承的研究多为直流驱动式磁轴承，而直流功放相对于三相逆变器具有成本高、体积大及功耗大的缺点。本文在江苏大学高级人

2、才专项基金支持下，研究设计了一种由三相逆变器驱动的新型三极交流主动磁轴承，并在此基础上，设计了五自由度交流主动磁轴承和进行了磁轴承涡流损耗分析。本文将模糊自抗扰控制方法应用到五自由度交流主动磁轴承解耦控制中，建立了数学模型和推导了解耦控制算法。具体的研究工作如下：首先，介绍了五自由度交流主动磁轴承的总体结构及工作原理，采用等效磁路法对轴向磁轴承和二自由度交流主动磁轴承的磁路进行了分析，推导出了它们的数学模型，建立了五自由度交流主动磁轴承的状态方程，并给出了五自由度交流主动磁轴承系统参数。其次，介绍了模糊

3、自抗扰控制器的基本结构及工作原理，设计了轴向磁轴承模糊自抗扰控制器，并进行了仿真试验及性能分析；然后阐述了模糊自抗扰解耦控制方案，设计了五自由度交流主动磁轴承模糊自抗扰解耦控制系统，并进行了系统阶跃响应、转子起浮、干扰及解耦仿真试验。仿真试验表明，模糊自抗扰控制策略很好地实现了五自由度交流主动磁轴承各自由度间的位移及电磁的动态解耦控制，转子能够稳定悬浮，磁轴承系统的五个自由度可以独立控制，且具有良好的动、静态性能。再次，介绍了电磁场的基本理论及有限元分析法，阐述了磁轴承涡流损耗及磁滞损耗的产生机理和集肤

4、效应，利用AnsoR软件对三极交流主动磁轴承进行了涡流损耗分析。分析结果表明磁轴承的涡流损耗随交流电频率及幅值的增大而增加，当电流频率过高时，会在定转子表面产生集肤效应；而当电流较大时，则会出现磁饱和现象。江苏大学硕士学位论文最后，设计了一套以TMS320F2812DSP为核心的五自由度交流主动磁轴承数字控制系统，给出了该数字控制系统的相关硬件电路及软件流程图，并介绍了电流滞环跟踪PWM控制的工作原理和给出了Fuzz)，ADRC的离散算法。关键词：主动磁轴承，模糊自抗扰控制，交流，解耦控制，涡流损耗，数

5、字控制幸本课题得到江苏大学高级人才专项基金资助。UABSTRACTMagneticbeafingisanoVeltypeofhi曲pe而册ancebe撕ngⅥ幅chmakestherotorsuspendstablyint11eSpacebyma印eticf．orces，achieVingnoallymechanicmcontactbetweentherotorandstator，锄dWhichisonekindofelectronic&mechanicalproductscoVeringseVeral

6、subjects，suchasmechanics，electromagnetism，ec昀nics，controlengineering，ands0on．BecausemagneticbearingwhichmndamentallyovercomestheshoIrtcomingsoftraditionalbearingscatcheslotsofadvantages，suchasnomechaIlicalcontact，noabrasion，nolubricated，nop01lution，hi曲sp

7、eed，hi曲precision，longservicelife，a11dsoon，ithaShugepotentialapplicationprospectinthearea0fnaVigation，machining，mechanicaltreatment，energy锄dotherfields．Atpresent，DCactiVemagneticbearing(AMB)istheemphasesresearchofmagIleticbe撕ngathomeandabroad．Ho、veVer'com

8、paredwithtllree-phaSeconVerter，DCpo、Ⅳer锄plifierShaVemanydisadVantages，SuchaShi曲coSt，la唱eVol啪eaIldhi曲powerconsumption．SuppoIrtedbyAdVaJlcedTalentsFuIldofJiaIlgsuUniVers咄ourte锄isresearchinganoVeltypeofthree—poleACAMBpoweredb