交流主動磁軸承模糊自抗擾解耦控制及渦流損耗研究.pdf

1、磁懸浮軸承也稱磁力軸承或磁軸承,是一種新型高性能軸承,它利用電磁力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮于空間,從而實現(xiàn)定轉(zhuǎn)子間無任何機械接觸,是集機械學(xué)、電磁學(xué)、力學(xué)、電子學(xué)和控制工程等多門學(xué)科于一體的機電一體化產(chǎn)品,具有無摩擦、無磨損、不需潤滑、無油污染、高速度、高精度及壽命長等優(yōu)點,從根本上克服了傳統(tǒng)軸承的缺點,在航空航天、機械加工、醫(yī)療和能源等領(lǐng)域有著廣泛潛在的應(yīng)用前景。目前國內(nèi)外對磁軸承的研究多為直流驅(qū)動式磁軸承,而直流功放相對于三相逆變器具有成本高

2、、體積大及功耗大的缺點。本文在江蘇大學(xué)高級人才專項基金支持下,研究設(shè)計了一種由三相逆變器驅(qū)動的新型三極交流主動磁軸承,并在此基礎(chǔ)上,設(shè)計了五自由度交流主動磁軸承和進行了磁軸承渦流損耗分析。本文將模糊自抗擾控制方法應(yīng)用到五自由度交流主動磁軸承解耦控制中,建立了數(shù)學(xué)模型和推導(dǎo)了解耦控制算法。具體的研究工作如下:
　　 首先,介紹了五自由度交流主動磁軸承的總體結(jié)構(gòu)及工作原理,采用等效磁路法對軸向磁軸承和二自由度交流主動磁軸承的磁路進行

3、了分析,推導(dǎo)出了它們的數(shù)學(xué)模型,建立了五自由度交流主動磁軸承的狀態(tài)方程,并給出了五自由度交流主動磁軸承系統(tǒng)參數(shù)。
　　 其次,介紹了模糊自抗擾控制器的基本結(jié)構(gòu)及工作原理,設(shè)計了軸向磁軸承模糊自抗擾控制器,并進行了仿真試驗及性能分析;然后闡述了模糊自抗擾解耦控制方案,設(shè)計了五自由度交流主動磁軸承模糊自抗擾解耦控制系統(tǒng),并進行了系統(tǒng)階躍響應(yīng)、轉(zhuǎn)子起浮、干擾及解耦仿真試驗。仿真試驗表明,模糊自抗擾控制策略很好地實現(xiàn)了五自由度交流主動磁

4、軸承各自由度間的位移及電磁的動態(tài)解耦控制,轉(zhuǎn)子能夠穩(wěn)定懸浮,磁軸承系統(tǒng)的五個自由度可以獨立控制,且具有良好的動、靜態(tài)性能。
　　 再次,介紹了電磁場的基本理論及有限元分析法,闡述了磁軸承渦流損耗及磁滯損耗的產(chǎn)生機理和集膚效應(yīng),利用Ansoft軟件對三極交流主動磁軸承進行了渦流損耗分析。分析結(jié)果表明磁軸承的渦流損耗隨交流電頻率及幅值的增大而增加,當(dāng)電流頻率過高時,會在定轉(zhuǎn)子表面產(chǎn)生集膚效應(yīng);而當(dāng)電流較大時,則會出現(xiàn)磁飽和現(xiàn)象。