微型磁悬浮止推轴承设计与控制研究

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1、硕士学位论文微型磁悬浮止推轴承设计与控制研究STUDYONTHEDESIGNANDCONTROLOFMICROMAGNETICSUSPENSIONTHRUSTBEARING房倩倩哈尔滨工业大学2016年12月万方数据国内图书分类号：TH133.3学校代码：10213国际图书分类号：621.822密级：公开工程硕士学位论文微型磁悬浮止推轴承设计与控制研究硕士研究生：房倩倩导师：杜建军副教授申请学位：工程硕士学科：机械工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2016年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学万方数据ClassifiedIndex:TH133.3U.D.C:621.822Disse

2、rtationfortheMaster’sDegreeofEngineeringSTUDYONTHEDESIGNANDCONTROLOFMICROMAGNETICSUSPENSIONTHRUSTBEARINGCandidate：FangQianqianSupervisor：AssociateProf.DuJianjunAcademicDegreeAppliedfor：Master’sDegreeofEngineeringSpeciality：MechanicalEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：De

3、cember,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要磁悬浮止推轴承是一种利用电磁力将被悬浮体稳定悬浮于空间的新型高性能机电一体化轴承，具有无机械摩擦、无需润滑、转速高等诸多优点，开始广泛应用于生物医疗领域。磁悬浮止推轴承作为生物医疗设备中转子的轴向定位装置，其结构布局的合理性和控制效果的好坏都与整个医疗设备的性能紧密相关，因此开发一种可以满足生物医疗设备性能要求的磁悬浮止推轴承是非常必要的。本文以直流吸引式悬浮为理论基础，设计了一个直径为33mm，厚度为6m

4、m的微型磁悬浮止推轴承。此磁悬浮止推轴承轴向有三个自由度，根据三点确定一个平面的原理，定子采用同一圆周上三个均匀分布的电磁铁芯来保证转子端面的动态平衡。通过电磁力模型线性化、空间旋转坐标系变换和运动微分方程推导，建立了磁悬浮系统的数学模型，并对此系统进行了分散PID仿真研究，发现转速将引起转子轴向两个转动自由度之间的耦合，得到了耦合情况会随着转速的升高而增强的结论。为了消除耦合的影响，引入了交叉反馈控制，通过对反馈增益的合理取值，分析了系统在不同衰减因子和扰动情况下转子自由度的耦合情况，得到了交叉反馈控制可以实现转子轴向两个自由度解耦的结论。为了验证仿真结果，设计并搭建了微型磁悬浮

5、止推轴承系统实验台，实验台机械结构包括定子、转子、固定板、盖板、支柱、底座和传感器保护架，控制硬件包括数字控制器、数据采集卡、模拟输出卡、传感器和功率放大器。基于软件Matlab/RTW，采用实时视窗目标方法对系统进行了半实物仿真实验，通过对参数的反复调整，较好的实现了转子的稳定悬浮。关键词：磁悬浮止推轴承；分散PID；交叉反馈；解耦；实时视窗目标-I-万方数据哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractThemagneticsuspensionthrustbearingisanewtypeofhighperformancemechatronicsbearingwhichisst

6、abilizedandsuspendedintheairbyelectromagneticforce.Ithasmanyadvantages,suchasnomechanicalfriction,nolubricationandhighrotationalspeed,anditiswidelyusedinbiomedicalfield.Astheaxialpositioningdeviceofrotorinbiomedicalequipment,themagneticsuspensionthrustbearingiscloselyrelatedwiththewholemedical

7、equipmentperformance,soitisnecessarytodevelopakindofmagneticsuspensionthrustbearingthatcanmeettherequirementofbiomedicalequipment.Inthisthesis,aminiaturemagneticsuspensionthrustbearingwithadiameterof33mmandathicknessof6mmisdesignedonthe