電磁軸承系統(tǒng)集成化技術(shù)的研究.pdf

1、該文以電磁軸承系統(tǒng)集成化技術(shù)為研究重點(diǎn),包括將軸向和徑向磁軸承功能結(jié)合為一體的集成磁軸承、將徑向磁軸承和異步電機(jī)集成在一起的無軸承異步電機(jī)、新型開關(guān)功率放大器的研制以及控制系統(tǒng)H<,∞>魯棒控制策略等研究.主要作了以下幾個方面開創(chuàng)性的工作:研究了一種高效緊湊的新型永磁偏置軸向徑向磁軸承.利用等效磁路法建立了該磁軸承的磁懸浮力數(shù)學(xué)模型,依據(jù)此數(shù)學(xué)模型分析了徑向和軸向磁懸浮力之間的非線性耦合關(guān)系,得出在轉(zhuǎn)子平衡位置附近,徑向和軸向懸浮力是解

2、耦的結(jié)論,從而為控制帶來了極大的方便.在以上分析的基礎(chǔ)上,推出磁懸浮力的線性化方程,計(jì)算了電流剛度和位移剛度,同時(shí)提出了這種磁軸承的性能指標(biāo)公式,為該磁軸承的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù).對該新型磁軸承進(jìn)行了ANSYS有限元仿真,很好地驗(yàn)證了磁懸浮機(jī)理和數(shù)學(xué)模型的正確性.實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了永磁偏置軸向徑向磁軸承的工作原理和優(yōu)良的動態(tài)性能.在永磁偏置軸向徑向磁軸承的基礎(chǔ)上首次提出了一種永磁偏置徑向磁軸承,研究了該磁軸承的數(shù)學(xué)模型,并對其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

3、.在闡明無軸承異步電機(jī)基本工作原理的基礎(chǔ)上,詳細(xì)推導(dǎo)了適用于矢量控制的磁懸浮力數(shù)學(xué)模型,為無軸承異步電機(jī)的氣隙磁場定向控制奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).研究了由無軸承異步電機(jī)和永磁偏置軸向徑向磁軸承構(gòu)成的新型五自由度磁懸浮系統(tǒng).闡述了無軸承異步電機(jī)的氣隙磁場定向控制策略,采用該非線性控制方法能使無軸承異步電機(jī)解耦成轉(zhuǎn)矩子系統(tǒng)和磁懸浮徑向力子系統(tǒng),從而可以采用經(jīng)典PID對這兩個獨(dú)立的子系統(tǒng)進(jìn)行控制,首次實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)在0~3000rpm轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的穩(wěn)定懸

4、浮.提出一種五自由度懸浮磁軸承電機(jī)系統(tǒng)(由永磁偏置軸向徑向磁軸承、永磁偏置徑向磁軸承、高速永磁同步電機(jī)共同構(gòu)成).首次將H<,∞>魯棒控制策略應(yīng)用于集成化磁軸承系統(tǒng),詳細(xì)論述了H<,∞>控制器的設(shè)計(jì)過程,并與經(jīng)典PID控制策略進(jìn)行了比較,表明了H<,∞>控制器優(yōu)良的抗干擾能力和穩(wěn)定的魯棒性.針對磁軸承系統(tǒng)對開關(guān)功率放大器的要求,首次提出并實(shí)現(xiàn)了一種具有高帶寬和低紋波電流的開關(guān)功率放大器——電流模式控制三態(tài)開關(guān)功率放大器,詳細(xì)闡述了其工作