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《电磁轴承_转子系统地动态特性》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、第卷第期应用力学学报年月州写电磁轴承一转子系统的动’态特性徐建康谢友柏毛军红西安交通大学摘要一,,本丈提供了一个闭环撞制电磁轴承转子试验系统在电磁力的控制作用下重、,全为会斤直径为毫米的转子完全悉浮于二个径向电磁轴承之中转速可达。,转分本丈还建立了此闭环控制系统的数学模型通过数字仿真分析了其动态,特性探讨了撞制琴参数对转子运动的控制效果以及与电磁轴承动刚度之间的变化。关系,动关橄词电曦轴承闭环撞制态特性控制律引言电磁轴承由于具有无接触、无磨损、无润滑、低功耗等特点在世界上起了广泛的兴趣与重,、。视据文献川介绍电磁轴承技术已在航天飞
2、行器精密加工机床等领域得到了成功的应用近一〔‘〕,年来又有许多研究致力于将电磁轴承技术应用于转子系统的振动控制显示出电磁轴承作为一种主动控制手段又一宽广的应用前景。然而这项研究由于涉及电磁学、电子技术、控制论、,,。转子动力学等多门学科的交叉同时又因旋转机械本身的运动复杂性因此其研究难度较大这也许是目前电磁轴承的研究难。以取得突破性进展的原因之一,、、蓦于上述考虑我们先采用控制工程广泛应用的线性比例积分微分控制律对一一,个闭环控制电磁轴承转子实验系统进行设计与调试试图在对电磁轴承本身的特性及其控制效果有了羞本的认识和实验基础之后进
3、而对电磁轴承的实用性及其在高速旋转机械稳定性振动控制方面的应用作深入的研究。目前的实验系统可使重量为公斤、直径为毫米的刚性,,。转子悬浮于二个径向电磁轴承之中在一台直流电机驱动下转子可在一转分之间的,。一转速范围内稳定地运转并且具有较好的动态特性本文将建立这一闭环控制电磁轴承转子,,系统的数学模型通过数字仿真分析其动态特性讨论进一步改善控制系统性能的可能性及具体的措施。实验系统本章介绍实验系统的配置和实验参数以及实验结果。国家自然科学基金资助项目本,,文收到日期一第期电磁轴承转子系统的动态特性表系统参数转子质量、’一‘脚几音磁极面
4、积饥。线圈电阻。电磁轴承径向间隙。二一’偏置电流真空磁导率叭设计转速,脚线圈匝数控制电流线圈勺,一一一一一一图电磁轴承一转子系统简图一图为电磁轴承转子系统,实验装置的铅垂面简图其水,平面的结构是完全相似的有关的系统参数见表。转子是刚,性的由一台无级调速的直流,平衡位置参考电压控制系统输出电压电磁力输出信号电机驱动最高转速达转一。二毛夔虱一分电磁轴承由铁芯加线圈绕控制器巨虱气转子〔,组构成分别位于铅垂面和水电磁线圈电压平面的二对线圈绕组各自按差,传感器动方式联接其中偏置磁场由,恒流源提供控制电流由控制。器的输出电压决定在电磁轴承图闭
5、环控制系统图,。的外侧安置了位移传感器将转子偏离其平衡位置的状态输入控制器控制器采用了串联,、,棋拟电路这是一种滞后超前相结合的较正网络它根据转子运动状态变化的输入信号实时,。,地调节物出电压经低频功率放大器放大后输入电磁线圈这样控制器输出电压的变化自动,。地调节电磁线圈中的控制电流从而调节电磁力使转子处于稳定的运动状态图为此闭环控一,。制电磁轴承转子系统的示意图图则给出了一组不同转速下的轴心轨迹可见当转子处于,,德定运动状态时轴心轨迹为与转速同频的周期性轨道其幅度一般小于电磁轴承径向间隙的一第期电磁轴承转子系统的动态特性,控制器
6、方程尸功校正网络没有给出具体的设计方案‘〕。国外一些关于电磁轴承控制器设计所采用的比刀,因此我们首先设计了一个单自由度电磁悬浮控制系统进行月控制器的原理试验困然后将一,其应用于图所示的四自由度电磁轴承转子系统的控制器设计同时考虑其各自由度之间的。,、、,桐合问题为此我们曾分析过该系统的机械电磁传感器三种藕合因素前二种祸合可借助、,于合理设计电磁轴承结构选择恰当的工作点使其消除而传感器祸合则由一专门设计的解祸电路得以解决困。在控制器参数设计过程中须将电磁力式以及电磁线圈电压式在系统的平衡位,。置附近线性化并根据线性化系数来选择控制器
7、的有关参数由此得到的控制器的传递函数为。,、,,。、。行母,气一一。弓口,,,,、,。其中兔由电磁轴承的结构参数及控制器的参数所确定控制器的输出电压可表示为川—,,,尸,,耘,,‘,、,,·,‘、。劣丁少丁姚从匕一八丽一人气、、,,、‘、‘、式中的三项分别代表比例微分积分三个调节环节分别为比例参数微,入为,分参数和积分参数比例参数的调谐因子其调试范围约为久,方程即控制器的电压方程可见控制器是根据转子受控对象的运动状态来调节其输出电,,压的而控制器的输出电压应与电磁线圈电压相等则由方程和有“,“。闭环控制系统的数学模型一,为建立闭环
8、控制电磁轴承转子系统的数学模型作如下的简化假设。转子是刚性的,转子两端电磁轴承的结构参数完全相同电机轴与转子的联接是柔性的二、对应于四自由度电磁轴承的四路控制器彼此独立各路控制器以及传感器、功率放大器的参数完全相同。匡,场因此可以将转子的质量均匀分
