基于非线性pid算法的磁浮轴承电控系统.研究

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1、西南交通大学硕士研究生学位论文第2页(3)由于没有机械磨损，不但维护费用低而且工作寿命长，这也是目前在透’平机械中不断应用磁轴承的主要原因。(4)磁悬浮的动态性能主要取决于所采用的控制规律，这样就有可能在物理极限内使刚度和阻尼与轴承的工作环境甚至与运行状态和转速相适应。术语“刚度”和“阻尼”不仅包括传统的静态部分即弹簧和阻尼系数，而且还包括与频率有关的动刚度。这就使得人们有可能利用磁轴承进行隔振，使转子平稳地通过临界转速，甚至当系统受到非守恒扰动时稳定转子。’(5)转子的控制精度，主要取决于控制环节中信号的测量精度。正是由于磁力轴承具有以上

2、优点，因此受到了国内外学术界和工业领域的广泛关注。1．3磁悬浮轴承技术发展与研究现状磁悬浮轴承的概念早在100多年前就被提出来了，到了1937年，德国工程师Kemper申请了第一个磁悬浮技术专利，他认为要使铁磁体实现稳定的磁悬浮，必须根据物体的悬浮状态不断地调节磁场力的大小，即采用可控电磁铁才能实现，这一思想成为这之后开展磁悬浮列车和磁浮轴承研究的主导思想[2】。磁浮轴承作为一种新的支承形式，其优良的性能和广阔的应用前景引起了众多学者和工程技术人员的浓厚兴趣。随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展，本世纪60年代中期对磁浮技术的研究跃上了一个

3、新台阶。英国、日本、德国都相继开展了对磁浮列车研究。磁浮轴承研究是磁悬浮技术发展并向应用方向转化的一个重要实例。在国际上，据有关资料记载【6】：1969年，法国军部科研实验室(LRB)开始对磁浮轴承的研究：1972年，将第一个磁浮轴承用于卫星导向轮的支撑上，从而揭开了磁浮轴承发展的序幕。此后，磁浮轴承很快被应用到国防、航天等各个领域。美国在1983年11月搭载子航天飞机上的欧洲空间试验仓里采用了磁浮轴承真空泵；1976年法国SEP公司和瑞典SKR公司联合成立的S2M公司对超高速精密加工机床用的磁悬浮轴承主轴进行了系统的研究和开发，1983年

4、S2M公司在第五届欧洲机床展览会上展示了磁浮轴承电主轴部件。1984年，S2M公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本磁浮轴承公司，在日本主产、销售涡轮分子泵和机床电磁主轴等，周年日本东洋公司也推出了高速磁浮轴承铣削头，并将磁浮轴承列为80年代新的加工技西南交通大学硕士研究生学位论文第3页术之一。磁浮轴承的发展与研究越来越受到国内外工程界和学术界的广泛关注。从1988年至今相继召开了多届国际磁浮轴承会议，从已发表的文献资料可以看出，其研究内容涉及到电磁学、电子学、控制理论、机械学、转子动力学、材料学和计算机科学等学科。目前较为活跃并处于领先

5、地位的主要有瑞士联邦工学院(ETH)、美国Maryland大学和Virginia大学、日本东京大学和英国Sussex大学等研究机构，以及法国S2M、瑞士IBAG、英国Glacier、美国Avcon、MTI，SatCon等生产厂家[31141。国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚，尚处于实验室及工业试验运行阶段，未见批量生产的例子报道。1986年，广州机床研究所与哈尔滨工业大学对“磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”课题进行了研究。清华大学对磨床电主轴及磁悬浮轴承相关的电涡流传感器、数字控制器、最小脉宽功率放大器进行了研究，并在无锡机床厂进行了

6、试验，静态刚度为39．3N／g。西安交通大学对支承飞轮的磁悬浮轴承和涡轮膨胀机用磁悬浮轴承进行了研究。上海大学试验研究的磁悬浮轴承制氧透平膨胀机，在12000r／min时振动为20I_tm，稳定转速为92000r／min。武汉理工大学对磁悬浮轴承高速磨削主轴结构以及磁悬浮轴承虚拟设计进行了研究。深圳大学研制成功一台磁悬浮轴承试验样机。另外，哈尔滨工业大学、北京工业大学、国防科技大学等都曾经或正在开展这方面的研究工作。总体来看，国内的磁悬浮轴承研究主要集中在离心设备、磨床电主轴和高速钻头主轴等，但都没有批量产品出现的报道，和国外先进水平还有一

7、定的差距。而且在轴承刚度和承载能力方面距离大规模应用还有一定差距，在工业应用方面基本上是空白。有关磁浮轴承设计方面的技术指标和标准还没有制定。近几年来，随着机电一体化技术、微电子技术、信号处理技术和控制技术的迅猛发展，主动磁轴承技术也得到了前所未有的进步。从这些方面看，今后主动磁轴承的发展趋势主要集中在以下几个方面：(1)理论方面研究。将在重视控制系统研究的同时，也将着重研究系统的转子动力学分析，从而更有效的改进控制算法：如采用模糊控制、神经网络控制、变结构控制等智能控制方法，以实现对复杂转子动力学特性的控制。(2)数字控制器硬件和软件的研

8、究。为满足磁轴承更高的性能要求，以及实现复杂高级的控制算法，控制器必然将向数字化、智能化和集成化方向发展。控制器的数字化，可以在系统开发阶段轻易进行各种可能控制策略的实验，且系统