【摘要】：主動(dòng)電磁軸承是機(jī)電一體化的復(fù)雜控制系統(tǒng),通過(guò)可控性的電磁力將轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮在期望位置,有一系列傳統(tǒng)軸承無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì),如沒(méi)有摩擦損耗,不發(fā)熱,無(wú)需潤(rùn)滑且工作壽命長(zhǎng)等。所以主動(dòng)電磁軸承被應(yīng)用在越來(lái)越多的實(shí)際工業(yè)設(shè)備上。如何進(jìn)一步提高運(yùn)行時(shí)的安全性和可靠性是電磁軸承更加廣泛被應(yīng)用的關(guān)鍵。本文對(duì)徑向電磁軸承的冗余結(jié)構(gòu)和容錯(cuò)控制進(jìn)行了具體研究。首先,本文概述了磁懸浮軸承的發(fā)展?fàn)顩r,電磁軸承的故障形式以及冗余容錯(cuò)控制方面的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。著重介紹了電磁軸承系統(tǒng)的基本組成和數(shù)學(xué)模型,闡述了電磁軸承的工作原理。并對(duì)電磁軸承系統(tǒng)中位移傳感器和功率放大器的冗余結(jié)構(gòu)作了詳細(xì)分析,通過(guò)仿真對(duì)冗余前后系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行了分析對(duì)比,驗(yàn)證了冗余結(jié)構(gòu)的有效性。其次,在基于偏流線性化理論的基礎(chǔ)上,對(duì)8磁極強(qiáng)耦合結(jié)構(gòu)和弱耦合結(jié)構(gòu)的徑向電磁軸承進(jìn)行分析,根據(jù)不同結(jié)構(gòu)下的模型和等效磁路,實(shí)現(xiàn)x、y軸方向電磁力的解耦和線性化。搭建了基于RTW的電磁軸承半實(shí)物仿真平臺(tái),對(duì)仿真模型的建立和dSPACE的應(yīng)用作了詳細(xì)的介紹,并實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子在兩自由度上的穩(wěn)定懸浮,驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的良好性能。最后,提出了一種基于最小功耗的多繞組回路容錯(cuò)控制方法,詳細(xì)介紹了最小功耗下電流分配矩陣的求解過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了將故障繞組的電磁力分配到其他正常繞組且所有繞組回路消耗的能量最少。另外,對(duì)電磁軸承的故障形式進(jìn)行歸納總結(jié),列舉了所有可實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)控制的基本故障類(lèi)型。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)繞組回路故障時(shí),只需求解基本故障類(lèi)型對(duì)應(yīng)的電流分配矩陣,同種故障類(lèi)型的電流分配矩陣可根據(jù)坐標(biāo)變換矩陣和繞組重映射矩陣得到,即可實(shí)現(xiàn)同種故障類(lèi)型下不同故障組合形式的容錯(cuò)控制。詳細(xì)介紹了該方法的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程。利用Smulink仿真對(duì)差動(dòng)控制和該容錯(cuò)控制方法的能量消耗進(jìn)行對(duì)比分析,通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該容錯(cuò)方法的有效性。研究結(jié)果表明該方法能有效減少繞組電流的消耗,簡(jiǎn)化容錯(cuò)過(guò)程,提高系統(tǒng)的可靠性。
【圖文】：

內(nèi)磁懸浮技術(shù)的蓬勃發(fā)展做出貢獻(xiàn)。1.1.3 電磁軸承的應(yīng)用電磁軸承由于無(wú)摩擦損耗、壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)良特性，使其不僅被應(yīng)用在航空航天、核工業(yè)生產(chǎn)等高端領(lǐng)域，而且在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)方面也得到廣泛應(yīng)用，如飛輪儲(chǔ)能[15-23]、離心式壓縮機(jī)[24-25]、渦輪復(fù)合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，中國(guó)上海就已經(jīng)建成了世界上第一條磁懸浮超導(dǎo)列車(chē)。天津飛旋科技自主研發(fā)了磁懸浮復(fù)合分子泵，如圖 1.1所示，這是完全國(guó)產(chǎn)的擁有全部核心技術(shù)的磁懸產(chǎn)品。億f科技有限公司將 5 自由度主動(dòng)磁懸浮軸承和高速永磁同步電機(jī)相結(jié)合，研制了全球最大 700kW 的磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)。由于其節(jié)能高效、低噪音、智能控制等性能優(yōu)勢(shì)，該產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在污水處理、生物發(fā)酵等方面。格力公司也積極投入磁懸浮技術(shù)的研究，推出了磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組，其產(chǎn)品以超級(jí)省電、超級(jí)穩(wěn)定、超級(jí)強(qiáng)勁著稱(chēng)，圖 1.2 為磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組的實(shí)物圖。

內(nèi)磁懸浮技術(shù)的蓬勃發(fā)展做出貢獻(xiàn)。1.1.3 電磁軸承的應(yīng)用電磁軸承由于無(wú)摩擦損耗、壽命長(zhǎng)等一系列優(yōu)良特性，使其不僅被應(yīng)用在航空航天、核工業(yè)生產(chǎn)等高端領(lǐng)域，而且在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)機(jī)械工業(yè)方面也得到廣泛應(yīng)用，如飛輪儲(chǔ)能[15-23]、離心式壓縮機(jī)[24-25]、渦輪復(fù)合分子泵[26-29]等。早在 2002 年，，中國(guó)上海就已經(jīng)建成了世界上第一條磁懸浮超導(dǎo)列車(chē)。天津飛旋科技自主研發(fā)了磁懸浮復(fù)合分子泵，如圖 1.1所示，這是完全國(guó)產(chǎn)的擁有全部核心技術(shù)的磁懸產(chǎn)品。億f科技有限公司將 5 自由度主動(dòng)磁懸浮軸承和高速永磁同步電機(jī)相結(jié)合，研制了全球最大 700kW 的磁懸浮離心式鼓風(fēng)機(jī)。由于其節(jié)能高效、低噪音、智能控制等性能優(yōu)勢(shì)，該產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在污水處理、生物發(fā)酵等方面。格力公司也積極投入磁懸浮技術(shù)的研究，推出了磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組，其產(chǎn)品以超級(jí)省電、超級(jí)穩(wěn)定、超級(jí)強(qiáng)勁著稱(chēng)，圖 1.2 為磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組的實(shí)物圖。
【學(xué)位授予單位】：浙江理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP273;TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 崔東輝;高可靠磁懸浮軸承系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 耿青玲;弱耦合徑向磁力軸承冗余控制方法的研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

2 黃龍飛;多環(huán)軸向磁力軸承冗余設(shè)計(jì)研究[D];武漢理工大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2639451