磁懸浮電主軸混合磁軸承及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)研究.pdf

1、磁懸浮軸承(簡稱磁軸承)利用磁場力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間,使轉(zhuǎn)子和定子之間沒有任何機(jī)械接觸的一種新型高性能軸承,具有無機(jī)械接觸、無磨損、無需潤滑、無污染、高精度、壽命長等突出優(yōu)點(diǎn),在機(jī)械工業(yè)、航空航天、能源交通、機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛潛在應(yīng)用前景。本文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“交流混合磁軸承支承高速機(jī)床電主軸系統(tǒng)研究”(50575099)支持下,研究了一種新型結(jié)構(gòu)的五自由度混合磁軸承支承的電主軸系統(tǒng),建立了狀態(tài)方程,并對支承五自由度的混合磁軸承進(jìn)

2、行了參數(shù)設(shè)計(jì)和性能分析,設(shè)計(jì)了直流混合磁軸承的驅(qū)動(dòng)與控制系統(tǒng),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試。具體研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴介紹了五自由度電主軸的總體結(jié)構(gòu),闡述了直流混合磁軸承的工作原理,分析了單自由度直流混合磁軸承和二自由度直流混合磁軸承的結(jié)構(gòu),在建立懸浮力數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,建立了五自由度直流混合磁軸承電主軸系統(tǒng)的狀態(tài)方程。
　　 ⑵對軸向直流混合磁軸承和徑向直流混合磁軸承進(jìn)行了詳細(xì)的參數(shù)設(shè)計(jì),并且利用MATLAB軟件對軸向、徑向懸浮

3、力非線性特性進(jìn)行了仿真分析,利用有限元分析軟件ANSOFT建立了試驗(yàn)樣機(jī)模型,對其機(jī)械機(jī)構(gòu)和磁路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了計(jì)算分析,驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。
　　 ⑶設(shè)計(jì)了直流混合磁軸承驅(qū)動(dòng)及控制系統(tǒng),并進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。給出了直流混合磁軸承的系統(tǒng)控制框圖,設(shè)計(jì)了基于集成電路芯片IR2130和TL494的集成式兩電平PWM開關(guān)功率放大器和基于改進(jìn)的微分線性不完全微分控制算法的模擬PID控制器,并設(shè)計(jì)了基于DSP的數(shù)字PID控制器。以