基于PD控制的磁轴承刚度与阻尼分析

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1、!""#年$月机床与液压(78e!""#第%&卷第$期’()*+,-.//01*234(50+)6:;<9%&,;9$!基于A3控制的磁轴承刚度与阻尼分析=!=肖凯!张育林!刘昆"=9国防科技大学航天与材料工程学院空间技术研究所!湖南长沙B=""#%%!9东风航天中心!甘肃兰州#%!#&"#摘要!刚度和阻尼是描述磁轴承特性的!个重要指标"本文以磁轴承为研究对象!从刚度和阻尼的定义出发!在磁轴承闭环控制系统结构变换的基础上!研究了系统的动刚度#动阻尼特性"应用劳斯判据分析A3控制器参数范围!在闭环系统稳定的前提下!结合仿真实例!

2、从频域角度分析A3控制器参数与系统刚度#阻尼的关系!其结果对磁轴承控制器设计有一定指导意义"关键词!磁轴承%刚度%阻尼%稳定性中图分类号!.*=%%e%CC文献标识码!(CC文章编号!=""=D%$$="!""##$D"![D%E%F6+"’E%&--’8,,)’6Q)$/&’0"-(#%&O8?)0’8%&"@8)2&’0@),86"’>Q5"’%2"**82=!=S+(/Y>K!j*(,E277?KQO>IU’>?HMK><-I8KIHHMKI8);<?K;I><5I

3、KRHMOK?P;V3HVHIOH.HQFI;<;8P!)F>I8OF>B=""#%!)FKI>%!93;I8VHI86X>QH)HI?HM!0>IgF;7#%!#&"!)FKI>’(4,%2)#%$6?KVVIHOO>IUU>ZXKI8>MH?FH@>O>M>ZH?HMO;VZ>8IH?KQ@H>MKI8e(QQ;MUKI8?;?FHUHVKIK?K;I;VO?KVVIHOO>IUU>ZXdKI8!MHVHMMKI8?FHO?M7Q?7MH;VQ<;OHUD<;;XQ;I?M;M>Q?HMK

4、O?KQ;VUPI>ZKQO?KVVIHOO>IUU>ZXKI8;V>Q?KRHZ>8IH?KQ@H>MdKI8&(’’N>OO?7UKHUe4;7?FQMK?HMK;IN>O>XXI>@MH>;VA3Q;I?M;<M>ZH?HMOeAMHQ;IUK?K;I;VO?>@?K;IOFKX@H?NHHIA3Q;I?M;<M>ZH?HMO>IUO?KVVIHOO!U>ZXKI8N>O>I>?K

5、;IHi>ZXKIe.FHMHO7I87KUHQ;I?M;<8IH?KQ@H>MKI8&(’’%6?KVVIHOO%3>ZXKI8%6?>@K

6、触!转子在驱动电机的作用U)!)!,U)U)(!)下高速旋转"磁轴承具有高转速#无接触#无摩擦#磁轴承的阻尼定义为外力:和转子位移变化率不需润滑#低噪声#低能耗等优点!使得磁轴承有广)G的比值!由式&=’可得磁轴承的阻尼为阔的应用前景"而刚度和阻尼是描述磁轴承特性的两U:&)!,’!:&)!,’U,U,%^^^0&%’,个重要指标!它们除了取决于磁轴承电磁特性和结构U)G!,U)GU)G外!很大程度上受控制器参数的影响"本文主要从闭从磁轴承的刚度和阻尼的表达式来看!它们取决环系统的角度出发!分析磁轴承的动态刚度和动态阻于设计刚

7、度和电流函数!而电流是转子位移的函数!尼特性!并在系统稳定的前提下!分析A3控制器参同时又取决于磁轴承系统的控制器的设计!因此引入数变化时刚度阻尼特性变化规律"动刚度和动阻尼的概念!从闭环系统的角度来分析磁#"磁轴承刚度$阻尼的定义轴承的刚度和阻尼"以单自由度磁轴承系统为例!转子所受磁力在工$"系统动刚度$阻尼分析(=)作点附近线性化后!可近似表示为!9=C系统动刚度:&)!,’^0)_0,&=’),对于单通道磁轴承它是电流和位移的线性函数!其中0!0分别),系统!当以外力作为输称为磁轴承位移刚度系数和电流刚度系数!可被称为入

8、信号时!其闭环系统设计刚度!它们与磁路特性和结构设计有密切的联图=C以外力为输入的磁系"对于永磁偏置磁轴承而言!一旦确定了永磁参结构如图=所示"轴承系统闭环框图数#线圈匝数#磁极面积和工作气隙等电磁#结构参此时!系统的闭环数!其设计刚度就成为固定值"传递函数为!基金项目!2十