电磁轴承支承特性地主动可控性研究

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1、浙江理工大学学报(自然科学版)，第37卷，第1期，2017年1月JournalofZh@angSci—TechUniversity(NaturalSciences)Vo1．37，No．1，Jan．2017电磁轴承支承特性的主动可控性研究王骏，蒋科坚，徐骏(浙江理工大学信息学院，杭州310018)摘要：以PID控制的主动电磁轴承系统为基础，给出了电磁轴承支承特性理论表达式的参数构成，分析了比例、积分、微分控制参数和控制时滞对电磁轴承支承特性的影响，并通过针对性的实验，对电磁轴承支承特性的可控性及控制关系进行定量分析。实验结果表明：控制时滞决定了电磁轴承的支承特性是否与激振频率

2、有关；控制算法中的积分项主要影响低频区等效阻尼的正负，对等效刚度的影响基本可以忽略；系统的固有频率和差动结构会使电磁轴承的等效刚度和等效阻尼值有所减小。关键词：电磁轴承；支承特性；可控性；控制参数中图分类号：TH133文献标志码：A文章编号：1673-3851(2017)01-0077—08Tsai等]提出了一种利用小波变换算法识别主动0引言电磁轴承的刚度和阻尼的方法。Amer等r5]对电主动电磁轴承(activemagneticbearing，磁轴承转子的共振行为与时变刚度的关系进行了AMB)，也称电磁轴承，是一种利用电磁力将转子研究，并分析了系统参数对转子非线性响应的影

3、无接触悬浮支承的新型机电一体化轴承，具有无响。Hegazy等[6介绍了一种在参数激励下具有时摩擦、无需润滑等优良特性，适用高速场合，可实变刚度的电磁轴承转子系统，并利用频率响应函现转子振动主动控制。因此，它在高速旋转机械数的方法从理论上分析了电磁轴承在共振情况设计中越来越受重视，并已在涡轮分子泵、透平压下各种参数对系统稳态响应和稳定性的影响。缩机、飞轮储能等工业领域成功实现了产业化应汪希平_7]分析了电磁轴承的刚度阻尼特性与系用]。统结构参数及其控制器频响特性之间的关系。在转子动力学中，通常采用刚度和阻尼来描刘明尧等[8]研究了主动磁力轴承转子系统的非述机械轴承的支承特性。

4、为了能借鉴传统机械轴线性支承特性，揭示了控制参数和结构参数与支承的研究理论和分析方法，在电磁轴承领域中引承特性的耦合关系。谢振宇等[9]研究了零偏置用等效刚度和等效阻尼的概念。电磁轴承的支承电流电磁轴承转子系统的动态性能，并与有偏置特性不仅与其结构尺寸有关，而且在很大程度上电流方式进行了详细对比。Tang等[10]研究了主取决于其控制系统，即在电磁轴承的尺寸结构一动和被动混合电磁轴承控制力矩陀螺转子的动定时，可以通过控制系统在一定范围内调节其刚态特性，分析了模态频率与刚度阻尼之间的关度、阻尼以及支承的稳定性。因此，电磁轴承的支系。肖凯等[11]研究了系统的动刚度、动阻尼特承

5、特性是设计高性能的轴承系统的重要内容。目性，并从频域的角度分析了PD控制器参数与系前，对电磁轴承支承特性的研究已有较多成果。统刚度阻尼的关系。丁鸿昌等_1]分析了高速电收稿日期；2O16一O3一O4网络出版日期：2O16～l2一O9基金项目：国家自然科学基金项目(11272288)；浙江省公益技术应用研究项目(2015C31063)；浙江理工大学研究生创新项目(YCX14022)；计算机应用技术浙江省重点学科研究生创新项目(xDY15005)作者简介：王骏(1992一)，男，湖北黄冈人，硕士研究生，主要从事磁悬浮控制方面的研究。通信作者：蒋科坚，E-mail：jkjofzj

6、u@163．corn78浙江理工大学学报2017年第37卷机永磁偏置混合磁轴承的结构和工作原理，并结1电磁轴承工作原理和支承特性分析合PD控制器参数仿真分析了磁轴承的刚度阻尼特性。1．1电磁轴承基本结构及数学模型在电磁轴承支承特性研究中，往往为了简化分电磁轴承主要由控制器、位移传感器、功率放大析而直接用PD控制进行电磁轴承刚度阻尼的理论器、转子轴颈和定子等组成，其基本结构如图1所推导，或者忽略系统控制时滞。然而，实际的电磁轴示。转子悬浮在按径向正交对称放置的定子电磁铁承很少使用纯粹的PD控制，且必然存在控制时滞，所产生的磁场中。位移传感器可以监测转子的位置忽略积分和忽略控制

7、时滞都不符合实际情况，分析变化。当转子偏离期望位置后，位移传感器把位移结果会有较大误差。本文分析了比例、积分、微分控信号反馈给控制器，控制器产生控制信号，经过功率制参数和控制时滞对电磁轴承支承特性的影响和控放大器放大，驱动电磁铁绕组调节磁场，从而改变电制关系，并对电磁轴承支承特性的可控性实现定量磁力，实时修正转子的位置偏差，维持转子稳定悬浮分析和实验验证。在期望位置，并达到一定的悬浮精度要求。定子■{1一t—C=图1电磁轴承系统基本结构框图单自由度的电磁轴承系统数学控制模型可表电磁轴承等效刚度K和等效阻尼C的一般表