【摘要】：主動(dòng)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(dòng)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(shì)。磁力軸承轉(zhuǎn)子的控制精度和動(dòng)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(lì)磁方式十分有必要。本文圍繞改善磁力軸承轉(zhuǎn)子的動(dòng)態(tài)性能為主題,提出了反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制磁力軸承,并對(duì)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(dòng)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(dòng)磁力軸承工作原理,建立了單自由度常規(guī)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制磁力軸承的動(dòng)力學(xué)方程和仿真模型的動(dòng)力學(xué)方程；在常規(guī)差動(dòng)磁力軸承的基礎(chǔ)上,描述反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制磁力軸承工作原理,并建立單自由度反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制磁力軸承的動(dòng)力學(xué)方程和仿真模型的動(dòng)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(duì)常規(guī)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制和反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制的MATLAB仿真。仿真分懸浮、懸浮后位移激勵(lì)、懸浮后加速度激勵(lì)三個(gè)步驟進(jìn)行,同時(shí)也仿真出反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)控制。 接著,依據(jù)仿真結(jié)果提供的參數(shù),簡(jiǎn)化磁力軸承控制的自由度,設(shè)計(jì)了單自由度反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)激勵(lì)兩個(gè)階段,通過改變反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)驅(qū)動(dòng)控制和常規(guī)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。詳細(xì)介紹了兩種驅(qū)動(dòng)方式的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)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(dòng)驅(qū)動(dòng)控制相對(duì)于常規(guī)差動(dòng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)激勵(lì)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(duì)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,但是獲得一些有益的結(jié)論,為進(jìn)一步深入研究反向差動(dòng)驅(qū)動(dòng)控制打下基礎(chǔ)。
【圖文】：

從70年代起，Staeon技術(shù)公司(美國(guó))、 NASALewiS研究中心(美國(guó))、馬里蘭大學(xué)(美國(guó))相繼研制了飛輪能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)，用來控制衛(wèi)星姿態(tài)。圖1一1為磁懸浮飛輪電池圖1一2為飛輪能量?jī)?chǔ)存系統(tǒng)(2)特殊環(huán)境下的應(yīng)用因?yàn)榇帕S承沒有接觸摩擦，無需潤(rùn)滑，所以可以運(yùn)用到對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格的特殊場(chǎng)合，比如硅片、光學(xué)鍍膜、離子蝕刻和液晶顯示器件等需要潔凈的真空環(huán)境。1976年，萊寶公司開發(fā)出首臺(tái)磁懸浮分子泵，取名TURBOVA.C560M。

武漢理}人學(xué)碩一{:學(xué)位論文圖1一3單軸定位分子泵圖1一4五軸定位分子泵(3)機(jī)床中的應(yīng)用使用傳統(tǒng)機(jī)械軸承，在銑削和磨削時(shí)獲得超高速遇到很大阻礙，而磁力軸承可以承受重載，且具有高線速度，大剛度等。SZM公司(法國(guó))研制的超高速磨削B15/1000型磁力軸承電主軸，，切削線速度高達(dá)300m/S，功率為150O0W。SKF公司推出的磁力軸承銑削主軸，轉(zhuǎn)速高達(dá)4000Or/min，功率為40000W，且能實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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1 萬霞;基于F2812 DSP的磁懸浮軸承系統(tǒng)數(shù)字控制器的研究[D];南京航空航天大學(xué);2005年

本文編號(hào)：2525940