電磁軸承用功率放大器關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、電磁軸承是一種利用可控電磁力將轉(zhuǎn)子無接觸懸浮支承的新型高性能軸承。作為一種革命性的支承技術(shù),電磁軸承受到了國內(nèi)外專家學(xué)者的廣泛重視。
　　 功率放大器作為電磁軸承的重要組成部分,它的作用是把控制信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流／電壓／磁通以產(chǎn)生保持轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮的電磁力。電磁軸承用功率放大器按能量轉(zhuǎn)換方式分為線性功率放大器和開關(guān)功率放大器,按電磁軸承控制方案所需功率放大器的輸出物理量分為電流型、電壓型和磁通型功率放大器。由于開關(guān)功率放大器具有

2、效率高、損耗小等優(yōu)點,所以在電磁軸承中得到了廣泛的應(yīng)用.本文對電磁軸承用功率放大器的幾個關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究,論文分為3個部分。
　　 第一部分對電磁軸承用功率放大器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,提出了本文研究的目的、方法和內(nèi)容。
　　 第二部分對電磁軸承用開關(guān)功率放大器的PWM技術(shù)進(jìn)行了研究。
　　 首先,分別從工作原理、電路結(jié)構(gòu),動態(tài)性能,諧波分布等方面對電磁軸承用兩電平PWM開關(guān)功率放大器的三種PWM技術(shù)作了分析和比

3、較,并對其性能進(jìn)行了理論仿真及實驗測試。
　　 其次,為了改善兩電平PWM開關(guān)功率放大器的電流紋波較大的問題,研究了三電子PWM技術(shù)。由于三電平PWM技術(shù)比兩電子PWM技術(shù)要復(fù)雜,實現(xiàn)的方法也較多,所以尋找一種簡單易實現(xiàn)、可靠性高的三電乎PWM技術(shù)對三電平PWM開關(guān)功率放大器的發(fā)展及應(yīng)用具有重要的意義。為此,本文提出了一種改進(jìn)型不對稱三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器和一種雙滯環(huán)三電子PWM開關(guān)功率放大器,并對其性能進(jìn)行了理

4、論仿真及實驗測試。
　　 然后,針對一種常見的改進(jìn)型對稱三角波比較法三電乎PWM開關(guān)功率放大器輸出電流波形有時會與理論上的三電子波形不一致,在相同的開關(guān)頻率下,其電流紋波比理論值大很多,波形出現(xiàn)失真的機(jī)理進(jìn)行了分析。結(jié)合不同的三角波載波方式得到了失真現(xiàn)象背后兩種改進(jìn)型三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器失效的機(jī)制,發(fā)現(xiàn)本文所提出的改進(jìn)型不對稱三角波比較法三電子PWM開關(guān)功率放大器相比改進(jìn)型對稱三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放

5、大器更容易避免失真,具有更高的可靠性,并通過理論仿真和實驗測試驗證了理論分析的正確性,給出了一些避免改進(jìn)型三角波比較法三電平PWM開關(guān)功率放大器失效的一些措施。
　　 第三部分對磁通型功率放大器進(jìn)行了研究。
　　 為了設(shè)計出能夠準(zhǔn)確觀測氣隙磁通的磁通觀測器,首先分析了電流型磁通觀測器和電壓型磁通觀測器在電磁軸承中進(jìn)行全頻段磁通觀測時存在的問題,提出了在低頻段利用電流型磁通觀測器在高頻段利用電壓型磁通觀測器進(jìn)行磁通觀測的組

6、合型磁通觀測器。推導(dǎo)出了采用組合型磁通觀測器的磁通型功率放大器的數(shù)學(xué)模型,建立了磁通型功率放大器的力增益模型,并利用有限元方法和一個單自由度電磁力測量裝置對力增益模型進(jìn)行了驗證分析。并分別在一個靜態(tài)負(fù)載,一個單自由度和一個四自由度的電磁軸承實驗裝置上對磁通型功率放大器的性能及特點做了實驗驗證。
　　 其次,針對組合型磁通觀測器的磁通觀測值易受電磁鐵線圈電阻變化的影響,基于模型參考自適應(yīng)理論(MRAC)提出了一種電阻參數(shù)自整定的方

7、法,利用局部參數(shù)最優(yōu)化方法和李亞普諾夫穩(wěn)定理論分別對自適應(yīng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計,比較了通過兩種設(shè)計方法得到的自適應(yīng)觀測器及磁通型功率放大器的性能差別。
　　 為了解決組合型磁通觀測器中的切換點設(shè)置對觀測器及磁通型功率放大器性能的影響,提高組合型磁通觀測器的觀測性能,分析了組合型磁通觀測器的切換點與系統(tǒng)參數(shù)及觀測器性能之間的關(guān)系,給出了切換點最優(yōu)化設(shè)計的方法。針對組合型磁通觀測器的最優(yōu)切換點隨著系統(tǒng)參數(shù)的改變而改變從而造成觀測器性能的下