飞轮电池磁轴承系统结构及控制

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1、第25卷第6期合肥工业大学学报(自然科学版)Vol.25No.62002年12月JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYDec.2002飞轮电池磁轴承系统结构及控制1112杨志轶,　赵　韩,　王　勇,　何世娣(1.合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥　230009;2.合肥工业大学研究生部,安徽合肥　230009)摘　要:文章提出了一种由径向永磁轴承与推力电磁轴承组成的单轴主动控制的飞轮电池磁轴承系统结构,径向永磁轴承提供径向恢复力和轴向悬浮力,推力电磁轴承提供轴向恢复力,在磁轴承系统数学模型的基础上,采用状态反馈控制的设计方法建立闭环控制系统,并进行计算

2、机仿真。仿真结果表明,闭环系统在较短时间内达到稳定,具有良好的动态特性。关键词:飞轮电池;永磁轴承;电磁轴承;状态反馈控制中图分类号:TH133.3　　　文献标识码:A　　　文章编号:100325060(2002)0621107205Structureandcontroldesignofmagneticbearingsystemforflywheelbattery1112YANGZhi2yi,ZHAOHan,WANGYong,HEShi2di(1.SchoolofMachineryandAutomobileEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hef

3、ei230009,China;2.TheGraduateDepart2ment,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)Abstract:Onesingle2axisactivelycontrolledstructureofhybridmagneticbearingsystem,whichismadeupoftworadialpermanent2magnetbearingsandoneaxialpropulsiveelectromagneticbearing,ispresentedforflywheelbattery.Thepermanen

4、t2magnetbearingsprovideradialrestoringforceandaxi2alsuspensionforce,whilethepropulsiveelectromagneticbearingprovidesaxialrestoringforce.Themathematicalmodelofthemagneticbearingsystemisestablished,andthedesignmethodofstatefeed2backcontrolisadoptedtobuildaclosed2loopcontrolsystem.Thecontrolprocessoft

5、hehybridmag2neticbearingsystemissimulated.Thesimulationresultsshowthattheclosed2loopcontrolsystemcanachievestableinashorttimeandthesystemhasgooddynamiccharacteristics.Keywords:flywheelbattery;permanent2magnetbearing;electromagneticbearing;statefeedbackcon2trol飞轮电池,又称电动机械电池,是一种新型机—电能量转换与储存装置,具有大储能、强

6、功率、高效率、无污染、长寿命及可进行模块化设计制造等优点,在电动汽车、航空航天、电网调峰及不间断电源等[1,2]领域有着广泛的应用前景。飞轮电池利用超高速旋转的飞轮储存能量,然后通过机电能量转换的方式将机械能转换成电能,在相当长的待机时间里,储能飞轮仍不停地高速旋转。收稿日期:2002205225基金项目:教育部博士点基金资助项目(20010359001)和安徽省国际合作项目(01088015)作者简介:杨志轶(1974—),男,安徽宿松人,合肥工业大学博士生;赵　韩(1957—),男,安徽滁州人,丹麦奥尔堡大学博士,合肥工业大学教授,博士生导师.1108　　　　　合肥工业大学学报(自然科学

7、版)　　　　　　　　　　　第25卷1　飞轮电池磁轴承系统结构1.1　飞轮转轴放置方式飞轮转子旋转轴可以是卧轴放置,也可以立轴放置,飞轮电池中的支承轴承通常受到较大的动、静载荷作用,即由于飞轮转子质量及传动装置等引起的静载荷和飞轮本体及基础运动引起的动载荷。对于飞轮电池的静态应用场合,飞轮转轴采用卧轴或立轴2种放置方式均可,对于动态应用场合,为减小基础运动引起的动载荷及陀螺效应,飞轮转轴较多地采用立轴放置方式。