磁力轴承反向差动驱动控制的研究

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1、磁力轴承反向差动驱动控制的研究王晓光王秀珍武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070摘要：提出了磁力轴承反向差动驱动控制的概念，建立了磁力轴承反向差动驱动控制的动力学模型及其状态方程。利用MATLAB对反向差动驱动的磁力轴承进行了仿真研究，与常规差动驱动的磁力轴承相比，反向差动驱动的磁力轴承在超调量、调整时间、稳态误差等方面均优于常规差动驱动的磁力轴承。仿真研究的结果表明：磁力轴承的反向差动驱动控制效果与轴承的结构设计参数有关；磁力轴承的反向差动驱动控制效果还与控制参数的选择有关。关键词：磁力轴承反向差动MATLABStudyontheReversePush-PullControlling

2、ofaMagneticBearingWangXiaogang,WangXiuzhenSchoolofMechanicalandElectricalEngineeringWuhanUniversityofTechnology,Wuhan,430070ChinaPhone:(086)-027-87199445mobilephone；13986172335e-mail:xgwang55@163.comAbstract:Theconceptofreversepush-pullcontrollingforamagneticbearingisputforward.Thedynamicmodelandsta

3、teequationofreversepush-pullcontrollingforamagneticbearingisbuiltup.Thesimulationstudyonareversepush-pullcontrolledmagneticbearingisconductedwithMATLAB.Comparedwithconventionalpush-pullcontrollingforamagneticbearing,thereversepush-pullcontrollingforamagneticbearinghasbetterperformanceintheaspectofov

4、ershoot,settlingtimeandsteadystateerror.Thesimulationresultshowsthereversepush-pullcontrollingeffectisrelatedtostructuraldesignparametersofamagneticbearingandisrelatedtothecontrollingalgorithm.KeyWords：Magneticbearing,Reversepush-pull,MATLAB60引言常规的磁力轴承应用系统中，磁力轴承在某一个受约束的自由度方向上有两个作用力方向相反的磁铁同时工作。这样布局使得

5、磁力轴承在该自由度方向上既能产生正向力，又能产生反向力。这就是所谓的差动激磁驱动。在差动激磁驱动方式下，磁力轴承在该自由度方向上一个磁铁以偏置电流i0与控制电流ix之和（i0+ix）激磁，另一个磁铁以偏置电流i0与控制电流ix之差（i0－ix）激磁[1]。差动驱动控制方式可以增加磁力轴承的响应速度，提高稳定性。差动驱动控制方式是磁力轴承最常见的控制形式，几乎成为一种不言而喻的约定熟成磁力轴承控制方式。作为磁力轴承的常规控制形式，许多文献对差动驱动控制的特性展开了深入的研究。ShinMurakami等将磁力轴承中无法用控制时滞效应解释的磁力下降，归因于转子旋转而产生的涡流引起的磁滞。并且研究了在

6、大气隙、非线性情况下，差动驱动控制的磁力轴承的电磁常数变化与转子旋转转速之间的关系[2]。XiaodongLu等利用磁力轴承具有较大的力密度的特性，将差动驱动的磁力轴承作为精密轴向进给驱动器。为了避免常规差动驱动磁力轴承在大气隙时的非线性特性降低轴向进给驱动器的定位精度，及其工作效率低的缺点，针对轴向进给驱动器大气隙的特点，提出了永磁偏置的差动驱动的磁力轴承设计、介绍了实验样机、实验过程和实验结果[3]。该设计克服了其他永磁偏置差动驱动的磁力轴承设计[4][5][6]6中面积利用效率低、大推力盘引起振动和降低带宽的缺陷。差动控制的核心是：在磁力轴承约束的自由度方向上两个相对的电磁铁中分别以大小

7、相等方向相反的控制电流激磁（偏置电流除外），使一个方向的电磁力增加；而另一个方向的电磁力减小；以加快磁力轴承中电磁力的变化速度，增加磁力轴承的动态响应速度。因为电磁铁感性负载的特性，在同样的激磁条件下，电感越大其电磁力也越大、但电感越大其电磁力的变化率越小。磁力轴承的工作条件要求磁力轴承既有大的电磁力、又有快的电磁力变化率。磁力轴承反向差动驱动控制方式的提出，就是希望寻找一种能更好地满足磁力轴承工