新型混合径向磁轴承结构及其磁力特性

针对当前永磁偏置径向磁轴承的永磁磁路的磁通密度低,磁力小,缺乏自稳定的问题,提出一种应用于立式轴流泵的新型混合径向磁轴承结构.应用分子电流法及虚位移定理建立新型混合径向磁轴承承载力的非线性模型及其线性化方程,分析得出新型径向混合磁悬浮轴承在径向某个自由度上具有自稳定的特点,且永磁轴承可以减小系统总的位移负刚度.研究结果表明,采用Halbach阵列结构后,混合磁轴承气隙的磁通密得到很大提高.电流刚度和位移刚度与平衡点的初始电流及初始间隙密切相关,在平衡位置附近电流刚度和位移刚度呈线性变化,当气隙增大时仍保持较好的线性度,而当气隙减小时呈现一定的非线性特性.     

三自由度混合磁悬浮轴承耦合特性

介绍了三自由度永磁和励磁混合磁轴承基本结构和悬浮力产生的工作原理;用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承的磁路进行了分析,得出了悬浮力数学表达式;利用Matlab对磁轴承各自由度之间运动、磁路之间的耦合特性进行了计算分析,给出了三维网格图。理论分析表明各自由度在平衡位置附近时,运动之间没有耦合;各自由度控制磁通是相互独立的,磁路之间不存在耦合。试验表明：在不考虑运动、磁路耦合情况下,采用分散独立的PID控制方法,实现了磁轴承稳定工作,并且满足磁轴承性能控制要求。     

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力—位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动四种工作状态下轴向力自稳定性进行了分析。研究结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。     

25 kWh/100 kW储能飞轮轴向磁轴承设计与分析

储能飞轮支承系统性能的稳定性是转子系统高速正常运行的前提。磁轴承作为支承系统的核心部件,其结构设计是系统稳定性的根本。针对25 k Wh/100 k W储能飞轮系统的特点,进行磁轴承设计时,用横截面为梯形的永磁环取代传统的矩形永磁环,得到一种新型的永磁磁轴承结构。采用磁路分析及有限元方法相结合的手段对该磁轴承结构进行了分析,并对这两种结构的磁轴承性能做了对比,结果表明该磁轴承的电磁磁路在工作气隙之外基本不经过永磁环本身,不产生附加径向力;该磁轴承具有效率高,电磁线圈损耗小,励磁线圈电流低,发热小,便于控制等特点,适用于大型储能飞轮支承系统。     

基于零偏置电流的磁悬浮电主轴动不平衡力抑制

磁悬浮系统在偏置电流控制策略下会产生高功耗,造成温升、热变形以及传感器的温漂等,影响转子的悬浮精度。此外,由于动不平衡力、传感器测量失真以及电机偏心磁拉力等因素影响,会引起转速的同频和倍频振动。该文在传统的零偏置电流控制基础上,提出了基于多频率陷波器的动不平衡力抑制策略。首先,利用零偏置电流控制策略来降低磁轴承功耗,针对零偏置电流策略带来的系统非线性,将电流到位移的非线性系统转化为电磁力到位移的线性系统,再采用线性控制策略设计位移控制器。其次,在零偏置电流策略的基础上,引入多频率陷波器来抑制转子的同频与倍频振动。通过实验对比了不开启同频陷波器控制、仅开启同频陷波器控制以及开启多频率陷波器控制3种情况,验证了所提出的多频率陷波器策略能够有效抑制转子的同频与倍频振动。该方法不仅有效地抑制了转子的周期性振动,还大大降低了磁轴承功耗。     

飞轮电池转子偏移对磁轴承性能的影响

由于飞轮电池转子在高速运转时避免不了会产生一定的偏移,偏移会对飞轮电池磁轴承的刚度产生影响,为了更加清楚地知道其具体影响,本文介绍了自归位轴承的模型和磁力计算理论,同时借助有限元法,描述了转子在不同方向偏移下,磁轴承产生自归位磁力和磁轴承刚度的变化,最终得:随着转子偏移量的增大,磁轴承所受到自归位磁力也随之增大,其自归位效果良好;在转子刚刚发生偏移时,磁轴承刚度变化较大,随着转子偏移量增大磁轴承刚度逐步趋向稳定;转子产生径向位移时磁轴承刚度远小于产生轴向位移时的磁轴承刚度.     

基于柔性神经网络自适应PID的磁轴承径向力控制

针对电机磁轴承径向力控制的严重非线性,提出了利用神经网络自适应整定PID参数,从而直接调节磁轴承径向悬浮绕组电流实现转子径向稳定悬浮的控制方案.在利用BP神经网络结合PID控制实现转子径向稳定悬浮的基础上,为改善径向位移跟踪的动静态性能,提出了基于柔性神经网络的径向力控制,给出了详细的控制算法,并仿真比较了柔性神经网络控制与BP神经网络控制下转子在空载和突加负载时径向悬浮情况,仿真结果表明柔性神经网络控制具有更好的动静态性能,为智能控制的进一步应用研究提供了基础.     

基于DSP的磁悬浮轴承数字控制系统

主动磁悬浮轴承是利用电磁铁产生可控电磁力将转子无接触地悬浮于定子间气隙中的一种新型轴承.为了实现高精度的控制,在介绍主动磁悬浮轴承的总体结构及工作原理的基础上,给出了基于数字信号处理器(DSP)TMS320 F2812芯片的磁轴承控制系统的硬件及软件设计方案,分析了变参数PID控制的原理,并对所设计的试验装置的控制策略进行了仿真研究.仿真结果表明:所设计的磁轴承数字控制系统具有稳定性好、响应速度快、超调量小和控制精度高等优点,满足了磁轴承控制性能的要求.     

主动磁轴承的神经网络自适应PID控制

针对主动磁轴承系统的本质不稳定性、非线性和参数不确定性,提出基于BP神经网络的自适应PID控制器．该控制器输出含有P、I、D信号的非线性组合,补偿了磁轴承系统的非线性．使系统控制效果良好;同时控制器可根据磁轴承的运行状况进行在线自学习和自校正,避免了传统PID控制器参数整定困难的缺点．最后基于某磁轴承系统的仿真研究表明了该控制器的有效性。     

磁悬浮轴承系统的试验研究

对数字控制五自由度磁轴承系统的结构、硬件电路的组成进行了研究,实现了数字控制五自由度磁轴承全悬浮.综合分析了磁轴承系统的特性,作为磨削电主轴的磁轴承,其静态轴向最大承载力为1 160 N,径向前后端磁轴承最大承载力分别为798 N和428 N,轴向最小静刚度为1 412 N/μm,径向为535 N/μm.所设计的磁轴承满足磨削电主轴的承载力要求,实测静刚度在承载能力范围内达到应用要求.转子位移数据及轨迹的记录反映了磁轴承的精度,冲击试验说明系统基本上具备了大范围一致稳定性.     

新型双控制器方案的磁悬浮止推轴承控制系统

介绍了磁悬浮止推轴承的实验系统 ,该系统经过位置传感器检测其信号 ,当位置变化时 ,系统可以通过调节电磁力的大小 ,实现闭环控制。利用线性控制原理对其系统建立了数学模型。新型双控制方案采用两个控制器 :一个是跟随控制器 ;一个是抗干扰控制器。系统的跟随性能可以单独由跟随器调节 ;系统的抗干扰性能可以单独由抗干扰控制器调节。采用新型双控制方案与 I- PD控制分别对其系统进行了仿真 ,并对其仿真结果进行了比较。对新型双控制方案的控制参数进行了整定。最后 ,给出了仿真结果及结论。     

主动磁悬浮推力轴承的状态反馈线性化控制

研究了无预磁化偏流的单边方式主动磁悬浮推力轴承的控制,针对系统的非线性模型,应用状态反馈线性化方法,构造出非线性控制器,使得系统在大范围内精确线性化,然后应用线性系统理论对线性化学系统进行综合。研究表明,系统具有良好的静、动态性能。由于这种单边方式推力轴承的电磁力线圈不需要预磁化偏流,与常规的差动式有预磁化偏流结构的系统相比,系统的功耗大为降低,效率显著提高,而且系统的温升及阻尼均大为减少。     

垂直三分量磁场发生器

用三组相同的亥姆霍兹线圈按照设计的构造图,做出三个垂直方向上磁场强度已知的三分量磁场发生器。通入线圈的电流是采用精度较高的可变恒流源,以减少温度等外界因素引起的误差。把恒流源接入三组线圈中,通过调节恒流源中的电阻,改变恒流源产生的电流的大小,从而控制了产生的三分量磁场的强度。     

用于飞轮电池的电动磁力轴承的研究

针对飞轮电池目前存在的主要问题，如价格和可靠性，提出了一种新型被动磁悬浮支承系统，系统由轴向永磁磁力轴承和径向电动磁力轴承两部分构成．从电动磁力轴承的悬浮机理出发，分析转子在特定磁场下运动时的电磁力，建立了转子的状态方程，继而导出稳定运转条件，并通过设计实例导出转子在一定的设计参数下可在任何转速下稳定运转的重要结论．     

短路过渡高速焊波控法的研究

在对高速焊分析的基础上，提出了多种电流波形控制方法：恒压特性、恒流特性、大恒流 小恒流特性，并分别介绍其工作过程．通过实验获得了适合于高速焊的波控方法：大恒流 小恒流特性控制；对波控参数的优化使焊接速度提高到1.5m/min.焊接过程稳定，飞溅小，焊缝成形表面光滑，熔宽均匀一致，波纹致密，焊接质量好．对燃弧阶段采用两段恒流进行控制是全新的控制思路，有利于实现燃弧能量的精确控制．     

基于单片机的半导体激光器恒流源设计

介绍了采用集成运放反馈型结构的恒流驱动源设计,用于确保半导体激光器功率输出恒定。基于单片机的控制系统实现电流控制精度为0．1mA;采用大功率达林顿管作为调整管,输出电流连续可调整范围较大。该电源还具有限流保护、延时软启动等功能。     

基于模糊自适应PID控制的汽油发电机逆变电源设计

以中频汽油发电机为背景,设计了一种新型的单极性调制的恒频恒压逆变电源;介绍了中频汽油发电机逆变电源的基本工作原理、控制系统组成及软硬件实现方案;针对汽油发电机工作过程复杂,很难建立精确数学模型的情况,对汽油发电机油门进行模糊控制实现了逆变电源的稳定输出,试验表明：设计方案简洁可靠、易于控制,达到了较好的节能效果.     

电磁轴承功放结构对系统性能的影响

电磁轴承的感性负载直接影响着高速轴承-转子系统抗干扰能力。分析了电流反馈对电磁轴承转子系统高频控制信号的影响，在此基础上提出引入电流反馈后，电磁轴承必须采用双极性开关功放结构．才能有效提高系统高频动刚度。对某高速磁浮内圆磨系统进行了动态仿真，比较了引入电流反馈后，系统高频控制信号的波形以及功放结构对系统动刚度的影响，仿真结果与理论分析一致。