磁力轴承的动力学特性及控制研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要磁力轴承是一种典型的机电一体化产品，是支承领域的重要变革，它具有深远的意义和广泛的应用前景，其实用价值不可估量，具有无摩擦、无磨损、无需润滑以及寿命长等一系列传统的滚动轴承和滑动轴承所无法比拟的优点。随着磁力轴承技术逐渐被人们认识和掌握，磁力轴承己广泛应用于航空航天、真空技术、机床与高速旋转机械、能源交通等领域。磁力轴承技术是一种高新技术，其研究涉及到电磁学、控制理论、机械学、转子动力学以及计算机科学等多个学科的知识。其中，磁力轴承控制器的研究是其中至关重要的一环，控制器性能的好坏直接影响到磁力轴承的动态性能和转子的回转

2、精度。本文首先以传统转子动力学的有关理论为基础，推导出轴承-羁《性转子系统和轴承．柔性转子系统的运动方程。接着，阐述了磁力轴承的差动驱动控制系统的基本原理，对系统电磁力进行分析和线性化处理，推导出单自由度磁力轴承的等效刚度和阻尼计算公式，并以此为基础，详细推导了完整的磁力轴承动力特性系数的计算公式。然后，分别对磁力轴承刚性转子系统和磁力轴承柔性转子系统进行了数学建模，并用Riecad传递矩阵法结合磁力轴承的有关特点，建立了磁力轴承柔性转子系统的动力学特性计算和分析方法。最后，采用Maflab就无惯性环节和有惯性环节系统的PD和PID法控制效果进行仿

3、真比较，给出了系统动态控制响应曲线图，分析了PID控制器参数对控制系统的动态性能影响。通过本文的研究，得到以下主要结论：磁力轴承的动力特性系数可以由八个等效的刚度阻尼系数来表示，这八个等效的动力特性系数与轴承的结构参数、控制器的控制参数密切相关。仿真分析结果表明通过适当选取PID控制器的比例系数丘。、积分系数K；、微分系数髟可以较好地实现控制目标。关键词：磁力轴承，动力学特性，刚度，阻尼，临界转速，仿真武汉理工大学硕士学位论文ABSTRACTMagneticBearing叫B)isoneoftypicalmccha舡onicproductsanda

4、newtypellighperformancebearingpiece．MBdevelopmentistheimportantchangeinthesupportingfields，ithasafar-reachingmeaningandextensiveapplicationprospect,anditspracticalvalueisinestimable．^dBhasthepropertiesofnofriction,nofray,dispensewithlubricate,lastinglife，allextrudeexcellenceab

5、ovewhichcan'tbeseenintraditionalrollbearingandslidingbearing．WiththetechnologyofMBisknownandmasteredgradually,MBwillbeappliedtothesefieldsfarandwide：aviationandspace彤龇vacuumtechnology,machine-toolandtail-waggingengine，energyt93U：g∞andtrd伍c．andSOOILMBisoneoftheadvancedtechnolog

6、y,andtheresearchcomedowntoElectro-magnetic，Controln∞彤Mechanics,RotorDy硇micsandComputerScience,andSOo啦豇lemostimportantfieldofMBresearchistheresearchoftheControlleroftheMB．11圮performanceofthecontrolleraffectsthedynamicperformanceoftheMBsystemandthecircumgyrateticonprecisionofthe

7、rotor,whichisveryimportanttotheapplicationofthe～m．Firstly,equationsofaxlebearing-stiffnessrotorsystemandaxlebearing-nexibilityrotatorhavebeendeducedoutOilthefoundationoftraditionalrotordynamics．Secondly,thebasicprincipleofthedifferentialdriveeontrolsystemoftheMBhasexplainedint

8、hethesis．theelectricmagneticforceofthesystemissimplifiedandan