電磁軸承磨床系統(tǒng)控制方法及實驗研究.pdf

1、　　磁懸浮軸承是一種新型高性能軸承，它利用磁力作用將轉(zhuǎn)子懸浮于空間，具有壽命長，噪聲小，無需潤滑的優(yōu)點(diǎn)。目前，磁懸浮軸承已經(jīng)應(yīng)用于很多領(lǐng)域，與傳統(tǒng)軸承相比，表現(xiàn)出了明顯的優(yōu)越性。本課題研究目的是，解決電磁軸承磨床系統(tǒng)在工業(yè)應(yīng)用中存在的高剛度與大范圍穩(wěn)定、高剛度與高轉(zhuǎn)速矛盾，以及在20Hz工件進(jìn)給頻率時動剛度較低的問題，為實現(xiàn)電磁軸承磨床系統(tǒng)在工業(yè)中的應(yīng)用有重要的意義。　　本文首先綜述了磁軸承技術(shù)發(fā)展概況，并對磁軸承控制技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀進(jìn)

2、行了比較全面的總結(jié)。研究了電磁軸承磨床系統(tǒng)中位移傳感器、功率放大器和電磁鐵的性能指標(biāo)，為控制器設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。分析了電磁軸承正交結(jié)構(gòu)耦合對電磁力的影響，給出了考慮電磁軸承正交結(jié)構(gòu)耦合的情況下，電磁力線性化計算公式。在詳細(xì)分析電磁軸承磨床系統(tǒng)中存在的高剛度與大范圍穩(wěn)定、高剛度與高轉(zhuǎn)速矛盾的基礎(chǔ)上，采用模糊控制方法解決高剛度與大范圍穩(wěn)定矛盾，采用電磁力構(gòu)件及電磁鐵單邊工作方式解決高剛度與高轉(zhuǎn)速矛盾。采用模糊控制優(yōu)點(diǎn)在于將系統(tǒng)工作范圍劃分成幾

3、個不同剛度的區(qū)，通過隸屬度函數(shù)實現(xiàn)各個區(qū)穩(wěn)定切換。采用電磁力構(gòu)件的優(yōu)點(diǎn)在于將電磁力非線性問題從系統(tǒng)中抽象出來，使控制器設(shè)計和電磁力計算可以分開來考慮。采用電磁鐵單邊工作方式抑制了結(jié)構(gòu)振動，減小了電磁力攝動，在保證剛度的前提下，以較小的勵磁電流實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮。本文折衷考慮系統(tǒng)的外激勵干擾和系統(tǒng)參數(shù)攝動，將參數(shù)攝動轉(zhuǎn)化為外擾動輸入，分析系統(tǒng)擾動輸入和受控輸出的頻域特性，建立了電磁軸承磨床電主軸系統(tǒng)H∞廣義模型，分析了剛度設(shè)計指標(biāo)與權(quán)函數(shù)

4、和受控輸出的關(guān)系，確定了權(quán)函數(shù)的形式和相關(guān)系數(shù)。設(shè)計了模糊-H∞控制器，采用電磁力構(gòu)件和電磁鐵單邊工作方式，有效的解決了電磁軸承磨床系統(tǒng)的高剛度與大范圍不穩(wěn)定、高剛度與高轉(zhuǎn)速、以及在20Hz工件進(jìn)給頻率時動剛度較低的問題?！　〔捎糜邢拊椒▽﹄姶泡S承系統(tǒng)進(jìn)行了力學(xué)和電磁學(xué)分析，為控制器設(shè)計提供了比較準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，給出了在考慮漏磁的情況下電磁力計算的修正公式?！　∽詈?，本文對電磁軸承磨床統(tǒng)進(jìn)行了大量的試驗測試。在實驗中，采用模糊-H