主动磁悬浮电主轴系统建模与控制参数分析

为实现磁悬浮电主轴的稳定悬浮运行并满足加工精度要求,通过对某型号主动磁悬浮电主轴的结构和控制原理进行研究,在忽略主轴转子磁化和磁漏等非线性因素影响的前提条件下,通过对主轴转子在磁悬浮轴承中的受力分析,建立了磁悬浮轴承的电磁支承力与轴承气隙偏移量及控制电流的表达式,对基于不完全微分PID控制的磁悬浮电主轴系统的临界转速与磁悬浮轴承的电磁刚度进行了定量研究,得到不同PID控制参数下,磁悬浮轴承支承刚度随涡动频率的变化曲线及固有频率随PID控制参数的变化曲线图。研究结果为磁悬浮电主轴控制系统进一步设计使用和分析优化提供了依据。     

辅助轴承系统轴向弹性冲击阻尼器的设计与仿真研究

针对立式磁悬浮转子跌落后对辅助轴承产生较大轴向冲击这一问题，设计加装了相应轴向弹性阻尼器以及径向弹性阻尼器，通过相关阻尼器的压缩变形以及剪切变形储存冲击能量，从而将尖锐的冲击波以较缓和的形式作用在设备上，以达到对辅助轴承以及磁轴承系统的保护作用。通过LS-DYNA动力学仿真软件对未加装以及加装阻尼器两种情况下的跌落工况进行了仿真分析，分别得到了两种情况下的轴向轴心位移曲线，以及第一次冲击峰值时刻的MISES应力云图，并分析了该过程中阻尼器的受力及变形情况。仿真结果表明：添加阻尼器对于减小辅助轴承受力以及减小转子轴向弹跳有着良好效果，同时冲击也不会造成阻尼器的损坏，继而为辅助轴承弹性阻尼器的设计及工程应用提供了一定的理论参考。     

磁悬浮系统模糊PID控制器设计

以五自由度磁悬浮轴承系统为研究对象,介绍了该系统的组成和工作原理,通过分析磁悬浮轴承系统对控制器的要求,针对该系统的开环不稳定和非线性特点,根据模糊控制技术,采用模糊算法和PID控制相结合的方法,通过对系统过渡过程模式的在线识别,对PID参数进行自整定,设计磁悬浮轴承系统的Fuzzy-PID非线性控制器.实验证明,与传统的线性PID控制器相比,模糊PID控制器具有较好的控制性能和动态特性,应用于五自由度主动磁悬浮轴承系统,实现了转子的稳定悬浮和旋转,满足系统的回转精度要求.     

磁力轴承支承特性的影响因素研究

磁悬浮转子动态特性是磁力轴承支承与转子动力学综合作用的结果，其好坏不仅决定悬浮能否实现，而且还直接影响其动态性能和转子的回转精度。因此开展对磁悬浮支承技术的研究，为磁悬浮转子技术应用于工业提供技术储备和可能性，具有重要的理论价值和现实意义。文章首先提出了磁悬浮转子支承磁刚度、磁阻尼的概念，并推导出其计算公式；接着采用频域等效法系统地分析了频率、转子质量、传感器、滤波、功率放大器等环节对磁刚度、磁阻尼的影响。     

滚动轴承预紧力对其转子系统特性影响的理论及试验研究

为了改善滚动轴承-高速电主轴系统特性分析中对轴承只取其刚度和阻尼元素参与计算的情况,引入滚动轴承预紧力参数,建立用于轴承转子系统特性分析的滚动轴承预紧力约束方程,从理论上计算预紧力对系统刚度、临界转速和轴承性能的影响.以角接触球轴承-高速(60 000 r/min)电主轴系统为对象,设计一种预紧力测量方法,通过实验研究轴承预紧力对轴承转子系统的影响,结果表明测量结果与理论计算基本一致.     

转速和不平衡量对轴颈涡动中心影响的比较

首先运用达朗伯原理结合里茨法建立了非线性油膜力作用下的多自由度转子一轴承系统的运动方程,对转子部分进行模态降阶,然后运用变步长的Newmark数值积分方法研究了转速和不平衡量对轴颈涡动中心的影响.通过理论分析和实验测试发现:轴颈涡动中心不仅决定于轴颈转速和静载荷,而且还受不平衡量和振动幅值的影响,并且与转速的影响相比是同数量级的,因此在进行无试重动平衡时,采用只考虑转速影响的轴承动力系数,识别结果就会产生较大的误差.     

不对中-碰摩转子系统动力学响应分析

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明：不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。     

液压轴向柱塞泵轴承转子系统动力学分析

以转子动力学理论为基础探究高速高压轴向柱塞泵轴承转子系统转动性能。将轴向柱塞泵轴承转子系统组件作为研究对象,搭建转子系统模型,构建转子系统集总参数模型,采用有限元方法分析液压泵转子系统临界转速,最终给出转动组件设计意见。研究结果为探究轴向柱塞泵振动机制,进而实现精准振动控制提供参考。     

基于遗传算法优化的LQR主动磁悬浮轴承控制

主动磁悬浮轴承(AMB)是利用电磁线圈将电能转化成电磁能为转轴提供支撑的机械装置。在当代工业制造领域,相较于传统轴承,主动磁悬浮轴承因为拥有无机械摩擦损耗、使用转速极高、功耗小、噪声低等优点,经常用于对转速、精度、使用环境有特殊要求的场合。针对此提出一种基于遗传算法优化的LQR控制方式,能够利用最优控制的快速响应、超调量小的优点实现轴承的迅速悬浮定位,同时使用遗传算法针对最优控制的Q和R参数进行优化。遗传算法通过模拟生物进化的过程搜索最优解的计算模型,根据系统输出量的误差设定遗传算法的适应度,得到目标函数的近似最优解,最后将优化后的参数代入模型,在MATLAB平台实现仿真运行。     

可控磁悬浮轴承刚度的提高与大范围稳定性

可控磁悬浮轴承的刚度是决定能否投入应用的关键，而过高的刚度会影响系统的稳定性。本文在分析电磁力的非线性对系统大范围稳定性影响的基础上，应用非线性控制理论解决了提高刚度与稳定性之间的矛盾。在实验装置中．磁悬浮轴承的刚度由２Ｎ／μｍ提高到２５Ｎ／μｍ。转子最高转速可至３×１０４ｒ／ｍｉｎ。     

永磁式磁轴承的被动悬浮和主动悬浮问题研究

以磁轴承为研究对象，在论述磁轴承结构特点的基础L，介绍了该磁轴承试验模型的工作原理和系统组成，推导了其动力学模型。最后对磁轴承的被动悬浮特性进行了分析，对其主动悬浮控制系统进行了设计，给出了实验结果。     

主动磁悬浮支承系统的建模与电磁设计研究

介绍了主动磁悬浮支承系统的工作原理,建立了系统的力学方程和电学方程,对一种基于E型结构电磁铁的磁悬浮支承系统进行了电磁铁电磁参数设计的理论分析和实例计算,并利用ANSYS软件完成了该E型电磁铁的二维电磁场有限元校验。在此基础上,根据所设计的四自由度磁悬浮支承实验样机,阐述了磁悬浮支承系统的数控系统结构组成,并完成了悬浮实验测试。实验验证了该样机理论设计的正确性,为磁悬浮支承系统的进一步设计提供参考。     

基于ARM的磁浮轴承控制器的设计

设计了一种基于ARM的磁浮轴承控制器,该控制器能够控制5个维度使转子悬浮,同时能够及时调整10组电流驱动器。该控制器选用32位ARM STM32F401RC作为核心处理芯片,具有可靠性高,速度快的优点.运行结果表明:精度能够达到0.05 mm,运行稳定可靠。     

狭缝节流空气轴承-转子系统稳定性分析

为研究狭缝节流空气静压轴承-转子系统在阶跃载荷作用下的稳定性,结合流体力学和转子动力学方程,利用动网格技术,充分考虑转子在流场作用下的非线性运动,建立轴承-转子动态耦合计算模型。利用流固耦合方法得到系统在瞬态和稳态下的轴心轨迹和流场分布。通过分析计算得到载荷作用下系统的轴心轨迹和轴承内部流场分布云图,并引入时域参数对系统的稳定性进行分析。通过改变空气轴承结构参数,研究特定转速下不同轴承参数对系统瞬态响应阶段快速性和稳定性的影响规律。结果表明：通过控制轴承的狭缝间距、深度和宽度等参数,能够改善系统的动态稳定性。     

径向型超导轴承的计算和实验研究

针对应用于离心式氦气冷压机的径向型高温超导磁悬浮轴承,给出了永磁转子磁场计算和结构设计方法,并开展了轴承径向力和径向刚度的计算研究,搭建了超导轴承性能测量平台,开展了轴承转子空间磁场测量和轴承性能测试。计算和测试结果表明,磁场计算方法可行,且结果准确,在距离永磁转子外表面1 mm处的最大外磁场强度约为0.5 T。轴承径向力在场冷和零场冷条件下的计算结果均随转子偏心量的增大而增大,与测试结果在线性度和趋势上具有很好的一致性。本文实验轴承径向刚度测试值为362.4 N/mm,与场冷条件下的径向刚度计算结果334.594 N/mm接近。本文所述的径向轴承磁力计算方法可用于超导轴承径向刚度的定性计算和设计,对超导轴承的应用研究具有一定的指导意义。     

热平衡条件约束的推力磁轴承设计参数优化

本文阐述了一种推力磁轴承热平衡条件约束的设计参数优化的有效算法，约束包括外载荷、热平衡、电磁匹配和几何条件。系统设计变量为磁铁内环外径，外径内径。槽口深度和安匝数，还对系统参数作了灵敏度分析，一个高速透平主轴用推力磁轴承的应用实例表明：影响轴承承载力的主要因素是安匝数，静态气隙和槽口截面积，受热平衡和几何条件的限制，静态气隙和槽口面积的可调整范围较小，而适当增大绕组匝数和控制电流，可以显著提高承载力。     

软磁复合材料推力磁轴承的优化设计研究

推力磁轴承是磁悬浮系统的重要组成部分,主要用于控制转子的轴向位移。设计获得质量轻巧、损耗较低、性能良好的推力磁轴承是工程中追求的目标。在考虑轴承承载力、温升及磁密限制等约束情况下建立了寻求轴承最优质量的目标函数,利用相应的求解方法获得了轴承的最优结构参数。同时对优化模型进行了有限元分析,得到不同频率下气隙磁密、涡流损耗等参数,揭示了不同工作条件下涡流的影响程度。