新型高速磨床主轴用磁悬浮轴承的设计

机床中的支承系统是限制主轴转速的首要因素,磁悬浮电磁轴承是实现高速主轴系统的主要支承之一,电磁轴承结构的设计非常复杂,且目前尚没有统一的设计方法。文章在结合电磁铁,电机定、转子的设计方法,并考虑电磁轴承的一些特殊要求的前提下,提出了一种磁悬浮电磁轴承的设计方法与步骤,并进行了样机设计。     

磁悬浮冷压缩机转子的动力学分析和试验研究

磁悬浮冷压缩机是大型超流氦制冷系统的关键部件.针对某磁悬浮冷压缩机转子系统,通过构建基于铁木辛柯梁理论的转子有限元模型,以及将电控硬件的作用定义为等效刚度和等效阻尼,组建了闭环系统中磁悬浮转子的完整模型,并完成了临界转速和不平衡响应的仿真计算.仿真和实验测得冷压缩机转子在相同PID控制器作用下的刚体临界转速分别为27 Hz和28 Hz,前两阶弯曲临界转速的百分比误差均不超过2％.控制器的关键参数在一定范围内变化时,通过不平衡响应仿真计算和50000 rpm范围内的升速实验这两种方法得到的转子动力学特性较为相符.这验证了所提出的建模和动力学计算方法的可靠性和准确性,研究成果对冷压缩机转子的结构设计以及控制器调试具有重要参考意义.     

磁悬浮系统的控制器设计

在建立磁悬浮系统微分方程模型基础上,引入状态变量将其线性化为状态空间模型.运用MATLAB软件计算其极点,并确定了PID控制器的参数,最后对系统的脉冲响应进行了仿真.     

基于MATLAB的磁悬浮系统控制器的设计与研究

针对磁悬浮系统的非线性、不稳定的性质,采用线性化处理方法建立了磁悬浮系统的数学模型,然后基于此模型设计了结构合理的PID控制器,并利用Matlab软件进行了仿真分析得到了合适的PID控制参数,最后验证了所设计的PID控制器的正确性和稳定性.     

磁悬浮轴承系统不平衡振动控制的方法

针对磁悬浮磨床电主轴系统中存在的同步振动问题 ,通过计算机仿真和实验 ,研究了 2种处理方法 :力自由控制和开环前馈控制。在力自由控制中 ,控制环节对同频振动分量不加以响应。在开环前馈控制中 ,由不同于主控制器的前馈控制环节对同频振动分量进行处理 ,其结果叠加到主控制器的输出中。计算机仿真和实际的实验结果均表明 ,这2种方法对提高系统性能具有明显的效果。该研究对于磁悬浮轴承系统不平衡振动的控制具有重要意义。     

多轴转向汽车角阶跃输入的稳态响应特性

基于两轴车转向基本理论,建立了适用于任意轴数转向的多轴车线性两自由度刚性转向模型,详细推导了两自由度转向模型的运动微分方程.对角阶跃输入下的稳态响应进行分析,得到稳态响应表达式,分析出3种不同转向类型满足的条件,研究了各轴间距及其刚度对操纵稳定性的影响,对多轴车整车布置提供了很好的参考价值.针对某型号8轴车进行稳态响应分析,同时利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真,得出该车为不足转向特性,验证了两自由度模型的正确性.     

多轴转向汽车角阶跃输入的稳态响应特性

基于两轴车转向基本理论,建立了适用于任意轴数转向的多轴车线性两自由度刚性转向模型,详细推导了两自由度转向模型的运动微分方程.对角阶跃输入下的稳态响应进行分析,得到稳态响应表达式,分析出3种不同转向类型满足的条件,研究了各轴间距及其刚度对操纵稳定性的影响,对多轴车整车布置提供了很好的参考价值.针对某型号8轴车进行稳态响应分析,同时利用多体动力学软件SIMPACK进行仿真,得出该车为不足转向特性,验证了两自由度模型的正确性.     

磁悬浮系统的模糊PID控制器设计

基于GML1001磁悬浮实验装置设计了一个模糊PID控制器.该控制器利用传统的PID控制器和模糊控制器相结合形成,能根据系统偏差的大小、方向以及变化趋势等特征,依据模糊规则库做出模糊推理,能自动调整PID参数,可达到更加满意的控制效果.利用设计的模糊自适应PID控制器,对磁悬浮控制系统中钢球的悬浮位置实现了精确的控制.实验结果表明,模糊自适应PID控制器可以使磁悬浮控制系统拥有较好的稳态和动态性能.     

磁悬浮传输出系统平衡法控制器的设计

介绍了磁悬浮传输系统的组成及工作原理 ,通过线性方法建立了系统的数学模型 ,并基于此模型使用平衡法设计了闭环控制器 ,分析它的稳态性能及抗干扰能力 ,得出性能良好的控制方案并给出计算机仿真结果 .     

高速磁浮主轴的系统模型及动态分析

阐述了高速磁浮轴承主轴系统的主要特点，结构及应用，并以径向电磁轴承模型作为研究对象，建立了系统的数学模型。通过数字仿真分析了系统的动态特性，确定了控制器参数范围。     

主动式磁浮主轴系统的最优控制

应用最优控制理论，对磨床的磁浮主轴系统的稳态不平衡响应实施最优控制，建立了系统的有限元模型；采用阻尼衰减控制，提高了转子的抗失稳、抗干扰能力，使转子的整体响应水平明显改善。仿真计算表明，控制效果符合要求。     

基于DSP的磁悬浮轴承数字控制器

以磁悬浮主轴系统的组成及工作原理为基础,提出了一种在传统PID基础上的专家智能PID控制器的构想,并对其实现中的部分具体技术问题进行了分析讨论．其中的核心部件采用TI公司的TMS320LF2407A芯片,设计并给出了5自由度磁悬浮主轴系统采用专家智能PID控制策略时的硬件总体框图、相应的软件设计思路和流程框图,并对具体设计过程中的部分内容作了扼要阐述．分析结果表明,在磁悬浮系统中应用这种智能PID控制器能实现更好的控制效果,达到更高的控制精度要求．     

室温磁制冷活性蓄冷器性能预测研究

介绍了活性蓄冷器的基本模型，并对该模型采用Lach理论以Mikusinski运算积分的方法进行求解，得到了活性蓄冷器温度分布的半解析解．在设定相同精度的条件下与数值解比较发现，半解析解计算所需的节点数较少，并且速度较快，同效性很好．利用理想磁制冷材料和典型磁性材料钆，得到了活性蓄冷器的运行特性．通过对无量纲量传热单元数和流体与磁性材料的热容比进行分析，得到了活性蓄冷器各运行参数和磁性材料磁性参数对活性蓄冷器的影响规律．结果表明，对金属钆，制冷量随温跨的增大而减小，随温度区间整体向低处移动而减小．     

磁力轴承的模糊控制

介绍了磁力轴承系统的工作原理和数学模型,针对该系统的高度非线性、本质不稳定性和参数不确定性,提出了一种控制算法较为简单的模糊控制方案,通过分析得出影响模糊控制器稳态误差大小的两个主要因素为比例因子ke和误差e的量化论域中"0"点的量化策略.在Simulink中的仿真结果表明,将模糊控制器用于磁力轴承系统的控制,与PID控制相比,系统超调小,调节时间短,抗扰动能力强,且能达到一定的控制精度.     

Steady-State Performance of Kalman Filter for DPLL

For certain system models, the structure of the Kalman filter is equivalent to a second-order variable gain digital phase-locked loop (DPLL). To apply the knowledge of DPLLs to the design of Kalman filters, this paper studies the steady-state performance of Kalman filters for these system models. The results show that the steady-state Kalman gain has the same form as the DPLL gain. An approximate simple form for the steady-state Kalman gain is used to derive an expression for the equivalent loop bandwidth of the Kalman filter as a function of the process and observation noise variances. These results can be used to analyze the steady-state performance of a Kalman filter with DPLL theory or to design a Kalman filter model with the same steady-state performance as a given DPLL.     

磁悬浮支承转子系统动力学特性的实验研究

电磁轴承作为一种新颖的高性能支承部件，具有传统轴承无可以拟的许多优点，电磁轴承进入应用基础研究阶段后，还有许多实际问题需要解决，其中之一就是在高速旋转机器中应用的转子动力学及其稳定性问题。此文以电磁轴承支承下的高速转子系统为分析对象，研究其动力学特性，研究的对象是一台150m^3制氧透平膨胀机样机中的电磁轴承转子系统，以其三组不同的参数作了临界转速和稳定性计算，最后，分析了观察到的实验现象，并与计算结果比较。     

复杂结构振动对磁悬浮轴承性能影响的研究

复杂结构的振动造成磁悬浮轴承相对运动控制系统的参考位置（基准）出现偏差,影响磁悬浮主轴的加工精度。因此,有必要预测、评估复杂结构的振动对磁悬浮主轴精度的影响。以弹性梁＋磁悬浮主轴为研究对象,通过建立系统模型和理论分析,得出弹性基础振动对相对运动控制磁悬浮主轴性能的影响规律。并得出结论：控制策略不能局限于相对运动控制,控制器的设计必须考虑复杂弹性结构振动的影响,将复杂结构的振动信号也作为反馈变量。     

自抗扰控制器在永磁同步电机控制中的应用

为了解决永磁同步电机(PMSM)调速系统突加负载或负载扰动时控制性能差的问题,提出用自抗扰控制技术设计PMSM控制方案.将负载突变和负载扰动归为未知扰动,用自抗扰控制器进行估计、补偿和控制.仿真结果表明,该方法能够提高系统的响应速度,减小稳态误差且无超调,能有效地抑制负载变化对转速的影响.     

超高速数控磨床磁浮轴承主轴单元设计

介绍了磁浮轴承的工作原理和特点,并针对250m/s超高速磨床主轴系统,首次进行了磁浮轴承主轴单元设计,探讨了径向轴承的性能结构参数、主轴系统的刚度与阻尼特性及陀螺效应等设计。