无传感器磁轴承转子位置检测与研究

主要研究一种无传感器磁轴承转子位置自检测的方法,该方法不需要专用的位移传感器。由于线圈的电感是转子位移的函数,故其两端的电压也为转子位移的函数。在磁轴承系统的线性功率放大器的输入端注入一高频信号作为转子位置的测试信号,将线圈端电压经过谐振电路来提取含有位置信号的高频电压信号,再将电压信号进行精密半波整流后得到脉动的直流信号,最后通过低通滤波器得到平滑的转子位移直流信号,由PID控制器转换为转子位移的控制信号。仿真试验证明了该方法的可行性。     

浙江飞旋成功研发磁轴承

<正>浙江飞旋科技有限公司研发成功"基于交叉反馈控制的FS450型分子泵磁轴承",这是第一个国产磁轴承产品,磁轴承又称主动磁悬浮轴承,是一种转子与定子之间没有机械接触的新型高性能轴承。它由机械部件、电控系统、传感器和辅助轴承等构成。利用电磁力作用将转子悬浮于空间,具有无机械磨损、降耗低、允许转速高、噪声少、寿命长、无润滑介质等     

一种永磁偏置磁轴承容错方法的试验研究

磁轴承控制系统的结构复杂,单个磁轴承控制通道的损坏都会导致磁轴承系统整体失效,其可靠性问题成为制约其应用于要求严格场合的瓶颈问题.为提高磁轴承系统的可靠性,提出一种采用电流分配阵的容错控制方法.该方法针对一种采用Homopolar磁极结构的永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮飞轮,通过磁路分析和力不变原理,求解一路线圈或相应功放系统故障情况与正常工作情况下的控制电流关系,进而得到故障情况下的电流分配矩阵.该方法具有原理简单、易于工程实现的特点.试验结果表明:该方法能够在磁轴承线圈(功放)损坏的情况下实现磁悬浮飞轮的静态悬浮和升速,实现了磁轴承线圈(功放)系统的容错控制,提高了磁悬浮飞轮磁轴承系统的可靠性.     

基于最优控制的转子不平衡补偿的研究

磁悬浮转子高速运行过程中,不平衡振动是影响其运行动态品质的主要原因,由于振幅过大、功放饱和等问题,导致系统无法继续提升转速.文中介绍了永磁偏置磁轴承的工作原理和数学模型,在零电流原则基础上,研究了一种基于最优控制的高速磁悬浮转子不平衡振动补偿的方法.仿真结果表明,该方法在转子高速运转时有效地减小了磁轴承功放的控制电流和转子的振动,提高了系统的可靠性和稳定性,为进一步提高磁悬浮转子转速创造了条件.     

基于ANSYS的主动磁轴承电磁场的有限元分析

在介绍主动磁轴承转子的数学模型及其简化计算的基础上,给出了有限元计算模型及其边界条件,并用有限元分析软件ANSYS对主动磁轴承电磁场的耦合现象及转子偏心量和控制电流对磁场分布的影响进行了仿真,给出定子和转子中的二维磁力线分布图、磁通密度分布图及电磁力随转子位移和控制电流的变化规律.所得结论对磁轴承的设计具有一定的指导意义.     

新型同位阻尼磁轴承模型及其特性研究

针对以往磁轴承转子系统的振动抑制能力不足的问题,对新型同位电磁阻尼和单自由度磁轴承转子系统进行了研究,提出了一种同位电磁阻尼并应用到抑制磁悬浮转子的振动中。基于以往阻尼力模型重新推导了同位阻尼力数学模型,考虑了线圈电流变化对阻尼力模型的影响,并利用磁矢位计算使阻尼力模型更加精准,分析了同位阻尼力在转子上的分布情况及与电流和位移的关系。将同位阻尼与单自由度磁轴承相结合,建立了新型同位阻尼磁轴承模型,利用该磁轴承模型对同位阻尼抑制转子振动能力进行了分析。仿真结果表明,新型磁轴承模型中的同位阻尼能够将转子最大振动位移偏差从无阻尼时的1.65×10-5m减小到2×10-6m,明显地减小了转子系统的位移偏差,能够达到增强磁轴承转子系统抑制振动能力的目的。     

五自由度磁悬浮电主轴结构与有限元分析

提出一种五自由度稳定悬浮的电主轴,由二自由度磁悬浮异步电机与三自由度轴向混合磁轴承实现五个自由度的稳定悬浮。其中,三自由度混合磁轴承采用四个定子磁极来控制轴向悬浮力与径向扭转力,可有效减少轴向长度。文中介绍了五自由度磁悬浮电主轴工作原理,建立磁悬浮异步电机和混合磁轴承的数学模型,并用电磁场分析软件welll5．0分析其磁场和悬浮力,验证电主轴的可行性,最后运用biatlab软件建立基于转子磁场定向的无轴承异步电机控制系统,仿真结果表明该控制方法可有效稳定控制电机。     

三支承磁悬浮轴承的不对中特性

应用多个磁悬浮轴承支承的转子系统,由于机械加工以及安装等方面的误差会导致各个磁悬浮轴承之间有一定的不对中量。提出了将转子偏离磁轴承中心悬浮,以减小各个支承悬浮位置的不对中量;结合单自由度磁轴承控制原理,分析了转子悬浮位置偏离中心对磁轴承悬浮性能的影响;从理论和试验两个方面对比研究了3个不对中磁悬浮轴承支承的转子悬浮在磁轴承中心和偏离中心后磁轴承的控制电流和抗扰动性能。研究结果表明一定程度的偏离磁轴承中心悬浮能够提高磁悬浮轴承系统的稳定性。     

模拟复合正交神经网络在轴向磁轴承中的控制研究

由于磁轴承的动态性能主要取决于所采用的控制规律,控制器是磁轴承系统的关键.在数字复合正交神经网络(NN)的基础上,提出了一种模拟复合正交神经网络,并用于轴向磁轴承的控制中.控制器采用模拟复合正交神经网络与PID的并行控制方法,对带有负载干扰的轴向磁轴承控制系统作了PID控制与NN PID控制的仿真实验.仿真结果表明,相对于常规PID控制器,该并行控制法具有较高的抗干扰与自适应能力-控制效果理想.     

基于干扰观测器的磁悬浮转子扰动抑制方法

针对磁轴承高精度的要求,提出了基于干扰观测器的磁轴承抑制扰动的控制方法,建立了磁轴承的广义被控对象模型,分析并设计了多变量的干扰观测器和分散控制系统,对其进行的仿真分析表明,设计的系统具有良好的稳定性与扰动抑制性能.最后试验验证了干扰观测器作用时转子位移比未加入干扰观测器时降低了63.8%,该控制系统能够大幅度提高转子受扰动时的精度,增强了抑制外界扰动的能力.     

动力磁悬浮轴承的研究现状及关键技术

提出一种新型的机电一体化产品－具有电机功能的动力磁悬浮轴承，阐述了它的研究现状和工作原理，分析了它的应用特点，并介绍了动力磁悬浮轴承理论研究的关键技术。     

动力磁悬浮轴承的特点及关键技术

基于普通的径向磁悬浮轴承 ,提出了一种新型的机电一体化零件———具有电机机能的动力磁悬浮轴承 ,分析其小形、超高速、大扭矩的应用特点和工作原理 ,并指出了动力磁悬浮轴承理论研究的关键技术。     

集成开关功率放大器在主动磁轴承系统中的应用

讨论了一种新型的集成脉冲宽度调制开关功率放大器SA60，并与分立元器件开关功放进行了比较，设计了适用于主动磁轴承功放电路，进行了单自由度调试实验。     

磁悬浮轴承开关功率放大器系统建模及控制研究

磁悬浮轴承开关功率放大器系统为一非线性系统,开关功率放大器的性能影响磁悬浮轴承控制系统的稳定性,为此,提出了一种建立磁悬浮轴承开关功率放大器系统模型的方法。在分析三电平功率放大器工作原理的基础上,对系统中非线性部分进行分析,以相应的傅里叶级数表达式来代替,建立了非线性网络的传递函数并推导了开关功率放大器闭环系统的稳态数学模型。MATLAB软件的仿真和试验验证结果表明,该系统模型能有效反映开关功率放大器和闭环控制系统的实际工作特性,建模的方法是可行有效的。     

磁悬浮硬盘转子机电耦合动力学分析

为研究磁悬浮硬盘转子的动力学特性,建立了一种基于状态空间的统一的动力学模型,同时将磁力轴承为弹簧阻尼支承系统建立简化的转子动力学模型,通过两种模型的计算结果分析,机、电、磁、控制相互耦合的作用,对磁悬浮硬盘转子系统的特征值有较大的影响。     

磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制

对某磁悬浮轴承系统进行了理论建模,并进行了试验.由于建模时忽略了功率放大器和位移传感器的影响,磁悬浮轴承系统理论模型与其实际特性有较大差异,磁悬浮轴承系统是一个三阶模型,而非理论模型的二阶模型,基于理论模型设计的控制器难以获得较好的控制性能,建模时需考虑功率放大器和位移传感器的影响.为优化控制性能,采用频域辨识法对实际...     

主动电磁轴承电流型开关功率放大器的调制技术

功率放大器作为主动电磁轴承中的重要环节,其性能的好坏对主动电磁轴承系统有着较大的影响.目前主动电磁轴承系统大多采用电流型开关功率放大器,电流型开关功率放大器的性能除了与电流控制器的参数有关外,与调制技术也有非常大的关系.对目前使用最多的三角波比较法、滞环比较法及采样保持法等3种调制技术进行比较研究.在介绍每种调制技术运行原理的基础上,对其静态性能、动态性能和谐波含量等特性进行重点的分析.利用Simulink建立仿真模型并制作试验样板,仿真与试验的结果表明:与滞环比较法、采样保持法相比,三角波比较法的开关频率恒定、谐波含量少、可靠性高,其综合性能比较好,对主动电磁轴承用功率放大器的设计制作有一定的指导意义.     

Modeling and Analysis of Novel Integrated Radial Hybrid Magnetic Bearing for Magnetic Bearing Reaction Wheel

Conventional ball bearing reaction wheel used to control the attitude of spacecraft can't absorb the centrifugal force caused by imbalance of the wheel rotor,and there will be a torque spike at zero speed,which seriously influences the accuracy and stability of spacecraft attitude control.Compared with traditional ball-bearing wheel,noncontact and no lubrication are the remarkable features of the magnetic bearing reaction wheel,and which can solve the high precision problems of wheel.In general,two radial magnetic bearings are needed in magnetic bearing wheel,and the design results in a relatively large axial dimension and smaller momentum-to-mass ratios.In this paper,a new type of magnetic bearing reaction wheel(MBRW) is introduced for satellite attitude control,and a novel integrated radial hybrid magnetic bearing(RHMB) with permanent magnet bias is designed to reduce the mass and minimize the size of the MBRW,etc.The equivalent magnetic circuit model for the RHMB is presented and a solution is found.The stiffness model is also presented,including current stiffness,position negative stiffness,as well as tilting current stiffness,tilting angular position negative stiffness,force and moment equilibrium equations.The design parameters of the RHMB are given according to the requirement of the MBRW with angular momentum of 30 N ? m ? s when the rotation speed of rotor reaches to 5 kr/min.The nonlinearity of the RHMB is shown by using the characteristic curves of force-control current-position,current stiffness,position stiffness,moment-control current-angular displacement,tilting current stiffness and tilting angular position stiffness considering all the rotor position within the clearance space and the control current.The proposed research ensures the performance of the radial magnetic bearing with permanent magnet bias,and provides theory basis for design of the magnetic bearing wheel.     

GA-BASED PID NEURAL NETWORK CONTROL FOR MAGNETIC BEARING SYSTEMS

In order to overcome the system non-linearity and uncertainty inherent in magnetic bear-ing systems,a GA(genetic algorithm)-based PID neural network controller is designed and trained to emulate the operation of a complete system (magnetic bearing,controller,and power amplifiers). The feasibility of using a neural network to control nonlinear magnetic bearing systems with un-known dynamics is demonstrated. The key concept of the control scheme is to use GA to evaluate the candidate solutions (chromosomes),increase the generalization ability of PID neural network and avoid suffering from the local minima problem in network learning due to the use of gradient descent learning method. The simulation results show that the proposed architecture provides well robust performance and better reinforcement learning capability in controlling magnetic bearing systems.     

基于MULTISIM的磁悬浮轴承开关功放的仿真

在分析磁悬浮轴承开关功放的工作原理的基础上,应用MULTISIM软件建立了电磁轴承开关功放系统的仿真模型。将仿真结果与实验室现有的试验台测试数据进行比较,表明仿真与实验结果吻合较好,从而为磁悬浮轴承开关功放的特性分析提供了一种可行的研究方法。