磁懸浮系統(tǒng)主軸的動(dòng)態(tài)特性分析及PID控制器參數(shù)的優(yōu)化.pdf

1、主動(dòng)磁軸承是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,是一種新型的高性能支承部件.其具有無摩擦、無磨損、無需潤滑以及壽命長等一系列傳統(tǒng)的滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承所無法比擬的優(yōu)點(diǎn).隨著主動(dòng)磁軸承技術(shù)逐漸被人們認(rèn)識(shí)和掌握,主動(dòng)磁軸承將廣泛的應(yīng)用于以下領(lǐng)域:航空航天領(lǐng)域、真空技術(shù)領(lǐng)域、機(jī)床與高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械、能源交通等.然而,目前在主動(dòng)磁軸承研究中存在著一個(gè)突出問題,即在研究主動(dòng)磁軸承控制系統(tǒng)時(shí),往往將主軸作為剛體處理,而在研究磁懸浮轉(zhuǎn)子的動(dòng)力學(xué)特性時(shí),將支承按剛性處

2、理.主動(dòng)磁軸承是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品,磁懸浮控制系統(tǒng)是為磁懸浮轉(zhuǎn)子系統(tǒng)提供合適的支承阻尼和剛度,磁懸浮轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)特性是轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性和主動(dòng)磁軸承特性共同作用的結(jié)果.該文在分析主動(dòng)磁軸承工作原理的基礎(chǔ)上,分別建立了剛性、柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型.主動(dòng)磁軸承支承是彈性的,將主軸分別簡化為單圓盤轉(zhuǎn)子、多圓盤轉(zhuǎn)子等進(jìn)行研究,應(yīng)用傳遞矩陣法計(jì)算出在支承剛度變化時(shí)的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)特性、固有頻率和振動(dòng)主模態(tài)等特性的變化.提出了磁懸浮控制系統(tǒng)為磁懸浮轉(zhuǎn)子提供

3、合適的支承剛度和阻尼.磁軸承控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)不僅靠控制系統(tǒng)的分析確定,也應(yīng)考慮磁懸浮轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性.磁軸承控制器的研究是其中至關(guān)重要的一環(huán),控制器性能好壞影響到磁軸承的動(dòng)態(tài)性能和轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)精度,直接關(guān)系到磁軸承能否應(yīng)用.該文分析了典型PID控制器存在的兩個(gè)弊端,提出了磁軸承控制器的四種模型.通過對(duì)這四種模型的仿真研究,分析了各模型中比例系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù),微分時(shí)間常數(shù)及局部反饋系數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響,并給出了各參數(shù)較為理想的參考值及階