磁力軸承反向差動驅(qū)動控制的理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、主動磁力軸承是利用電磁力懸浮轉(zhuǎn)子及載荷的一種支承形式。與普通機(jī)械軸承相比,主動磁力軸承具有無機(jī)械接觸和電磁力可控可調(diào)等特點(diǎn),所以磁力軸承在超潔凈和高速等環(huán)境下的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)勢。磁力軸承轉(zhuǎn)子的控制精度和動態(tài)響應(yīng)性能在很大程度上決定著磁力軸承的推廣應(yīng)用。伴隨著工業(yè)化進(jìn)程推進(jìn),磁力軸承開始趨向于超高速和超精度方向發(fā)展,欲要獲得這種高性能的磁力軸承,尋找一種新型的勵磁方式十分有必要。
　　本文圍繞改善磁力軸承轉(zhuǎn)子的動態(tài)性能為主題,提出

2、了反向差動驅(qū)動控制磁力軸承,并對其進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。主要研究工作如下:首先,介紹了主動磁力軸承的工作原理和電磁力的計(jì)算公式;介紹了常規(guī)差動磁力軸承工作原理,建立了單自由度常規(guī)差動驅(qū)動控制磁力軸承的動力學(xué)方程和仿真模型的動力學(xué)方程;在常規(guī)差動磁力軸承的基礎(chǔ)上,描述反向差動驅(qū)動控制磁力軸承工作原理,并建立單自由度反向差動驅(qū)動控制磁力軸承的動力學(xué)方程和仿真模型的動力學(xué)方程。其次,基于PID控制算法,在預(yù)設(shè)的參數(shù)下分別對常規(guī)差動驅(qū)動控制和反

3、向差動驅(qū)動控制的MATLAB仿真。仿真分懸浮、懸浮后位移激勵、懸浮后加速度激勵三個步驟進(jìn)行,同時(shí)也仿真出反向差動驅(qū)動控制在不同電磁鐵線圈匝數(shù)比的控制效果。仿真結(jié)果顯示:反向差動驅(qū)動控制在超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和穩(wěn)態(tài)誤差等反映控制品質(zhì)方面均優(yōu)于常規(guī)差動驅(qū)動控制。接著,依據(jù)仿真結(jié)果提供的參數(shù),簡化磁力軸承控制的自由度,設(shè)計(jì)了單自由度反向差動驅(qū)動控制的實(shí)驗(yàn)裝置。并詳細(xì)介紹了實(shí)驗(yàn)裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分和電子控制部分。最后,分靜態(tài)懸浮和周期振動激勵兩個階段

4、,通過改變反向差動驅(qū)動控制實(shí)驗(yàn)裝置上電磁鐵線圈的連接方式,分別進(jìn)行反向差動驅(qū)動控制和常規(guī)差動驅(qū)動控制實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)介紹了兩種驅(qū)動方式的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比。實(shí)驗(yàn)研究表明:相同的控制環(huán)境,同一組PID參數(shù)下,反向差動驅(qū)動控制相對于常規(guī)差動驅(qū)動控制在超調(diào)量、調(diào)整時(shí)間和靜態(tài)懸浮穩(wěn)態(tài)誤差方面的表現(xiàn)出優(yōu)越性,但是在周期振動激勵是穩(wěn)態(tài)誤差稍大。試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)當(dāng)電磁力一定時(shí),轉(zhuǎn)子或者銜鐵的質(zhì)量對控制效果有很大影響。實(shí)驗(yàn)雖沒有獲得像仿真那樣完美的結(jié)果,但是