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磁轴承激励下转子系统动力学特性

中国机械工程 2021年第8期32卷 901-907页

作者：李胜远郑龙席西北工业大学动力与能源学院西安710072

为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明:同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频... 详细信息

为分析磁轴承激励下转子系统的振动机理,应用一维有限元方法建立了双盘转子系统动力学特性计算模型,研究了不同类型磁轴承激励下转子系统的动力学行为。研究结果表明:同向旋转的扫频激励力激发了转子系统的正进动模态,而反向旋转的扫频激励力激发了转子系统的反进动模态,两种情况下转子系统均以圆轨迹进动;由于单向简谐激励力可以分解为同向旋转激励力和反向旋转激励力之和,因此在单向简谐扫频激励力作用下,转子系统的反进动和正进动模态均被激发,转子系统以椭圆轨迹进动;在双向简谐扫频激励力作用下,转子系统的进动方向和进动轨迹取决于两个激励力的相位差。研究成果为评估高压压缩机转子系统稳定性时磁轴承激励方案的选取提供了理论依据。

关键词：转子系统磁轴承简谐激励正进动反进动

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磁轴承复合位移传感设计与实验研究

电工技术学报 2021年第7期36卷 1425-1433页

作者：李志苏振中胡靖华李文印舰船综合电力技术国防科技重点实验室(海军工程大学) 武汉430033

针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量。首先,建... 详细信息

针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量。首先,建立等效电路模型,并通过Simulink仿真,证明模型正确性;其次,提出差动检测方案,并通过半桥检测电路将相对位移变化转换为电桥输出电压变化,提高了位移检测灵敏度与线性度;最后,在搭建的试验平台上对该传感器进行静态性能测试,当定转子相对位移在±0.3mm范围内变化时,位移检测灵敏度为1.2mV/μm,位移检测分辨率约为7μm,验证了基于探测线圈磁轴承定转子相对位移检测的可行性。该方法结构简单、鲁棒性好,为实现紧凑可靠的磁轴承位移测量奠定了基础。

关键词：磁轴承位移测量传感器探测线圈

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磁轴承变饱和柔性变结构控制

控制理论与应用 2015年第12期32卷 1627-1634页

作者：袁野孙玉坤黄永红周云红鞠金涛江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013 南京工程学院电力工程学院江苏南京211167

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分... 详细信息

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.

关键词：磁轴承飞轮储能状态方程变饱和柔性变结构

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磁轴承用新型自感位移传感器设计与实验研究

仪器仪表学报 2018年第1期39卷 100-109页

作者：张利胜王坤郑世强北京航空航天大学惯性技术重点实验室新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100191 北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心北京100191

随着磁轴承在航空航天、军事及民用工业领域的广泛应用,提高其位移传感器的可靠性成为发展重点。而传统磁轴承用电感式位移传感器的结构复杂、测量电路元器件过多,降低了磁轴承系统的可靠性。针对高转速和小转子磁轴承,设计了一种新型... 详细信息

随着磁轴承在航空航天、军事及民用工业领域的广泛应用,提高其位移传感器的可靠性成为发展重点。而传统磁轴承用电感式位移传感器的结构复杂、测量电路元器件过多,降低了磁轴承系统的可靠性。针对高转速和小转子磁轴承,设计了一种新型自感式位移传感器,分析了自感式位移传感器的工作原理,提出了优化的传感器结构,设计了对应的测量电路,并对传感器的性能进行了分析与测试。实验结果表明,在-0.5~0.5 mm测量范围内,传感器的线性度为±1.25%,灵敏度为25.94 mV·μm,迟滞为±0.28%,重复性为±0.22%,传感器的动态响应带宽为4.7 kHz,悬浮精度为2.4μm。该传感器完全适用于磁轴承系统,同时传感器结构简单易实现,测量电路得到大大简化,满足航空航天、军事及民用工业领域高可靠性的要求。

关键词：磁轴承自感位移传感器性能可靠性

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磁轴承超临界高速电机系统控制器设计

清华大学学报（自然科学版） 2010年第11期50卷 1785-1788页

作者：张剀戴兴建张小章清华大学工程物理系北京100084

磁轴承电机系统高速运行时,转子需超越其一阶弯曲临界,超临界控制器的设计非常关键。为设计出能有效阻尼一阶弯曲模态振动的控制器,首先需对高速电机转子系统进行动力学分析,建立系统状态空间模型,以此为基础开展控制器研究工作。由于... 详细信息

磁轴承电机系统高速运行时,转子需超越其一阶弯曲临界,超临界控制器的设计非常关键。为设计出能有效阻尼一阶弯曲模态振动的控制器,首先需对高速电机转子系统进行动力学分析,建立系统状态空间模型,以此为基础开展控制器研究工作。由于实际模型参数与理论模型存在差异,且难以精确获取,在控制器设计中,采用了相位整形技术。通过该方法,可基于试验测定的模态频率值,设计结构简单的控制器,有效提升磁轴承系统对转子一阶弯曲临界振动的阻尼效果。仿真与试验结果均证明了控制器的有效性,最终实现转子系统在高于48 000 ***-1的转速下,平稳超越一阶弯曲临界,并成功运行到81 840 ***-1。

关键词：磁轴承高速电机超临界相位整形

磁轴承飞轮控制系统设计中LQR方法的应用研究

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机械工程学报 2004年第2期40卷 127-131,135页

作者：张剀赵雷赵鸿宾清华大学工程物理系北京100084

对于具有强的陀螺效应的磁悬浮飞轮转子,将转子各自由度作为独立个体采用分散控制难以满足系统要求,而LQR方法不失为一种有效的集中控制方法。通过对LQR控制方法在飞轮转子上的仿真研究,给出了LQR方法应用于磁悬浮系统控制时,加权阵Q阵... 详细信息

对于具有强的陀螺效应的磁悬浮飞轮转子,将转子各自由度作为独立个体采用分散控制难以满足系统要求,而LQR方法不失为一种有效的集中控制方法。通过对LQR控制方法在飞轮转子上的仿真研究,给出了LQR方法应用于磁悬浮系统控制时,加权阵Q阵与R阵的选取原则,并对反馈阵F中各参数的物理本质进行了阐述。由仿真结果与理论推导相结合,论证了陀螺位移交叉反馈的作用,由此给出了LQR控制的一种简化实现方法。

关键词：磁轴承飞轮控制系统系统设计 LQR方法陀螺效应

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磁轴承磨床电主轴全局线性化研究

机械工程学报 2002年第10期38卷 122-126页

作者：李新生杨作兴赵雷赵鸿宾清华大学工程物理系北京100084

由于电磁力与电流和位移关系的非线性,当主轴工作点改变时,建立在局部线性化基础之上的主动磁轴承（AMB）系统的性能会产生很大的变化。AMB用于磨削主轴,特别是用于非圆工件的磨削加工,要求具有不随工作点改变的刚度性能和位移跟踪性能... 详细信息

由于电磁力与电流和位移关系的非线性,当主轴工作点改变时,建立在局部线性化基础之上的主动磁轴承（AMB）系统的性能会产生很大的变化。AMB用于磨削主轴,特别是用于非圆工件的磨削加工,要求具有不随工作点改变的刚度性能和位移跟踪性能。在理论上给出了AMB系统工作点改变对系统性能的影响,并通过试验得到了验证。考虑到线性补偿方法的简单性,采用了线性补偿方法进行AMB系统的全局线性化。针对功率损耗和动态性能,比较了3种线性补偿方法:最小磁通（MIF）、磁通和不变（CFS）及磁通积不变（CFP）,结果表明,MIF具有最小的功率损耗,而CFS具有最好的动态性能。测量了建立在全局线性化基础上的AMB系统的性能,结果表明,工作点改变时,AMB系统的性能几乎不随之而改变。

关键词：磨床电主轴磁轴承非线性线性化主轴

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磁轴承开关功放中电流三态调制技术的研究

中国电机工程学报 2004年第9期24卷 167-172页

作者：臧晓敏王晓琳仇志坚邓智泉南京航空航天大学自动化学院电气工程系江苏南京210016

针对传统磁轴承开关功放电流两态调制技术中存在的电流纹波大、动态特性受限等缺点,提出了电流三态调制技术。文中首先分析了电流纹波对磁轴承系统的影响,接着分析了电流两态调制技术本身的固有不足及电流三态调制技术在磁轴承开关功放... 详细信息

针对传统磁轴承开关功放电流两态调制技术中存在的电流纹波大、动态特性受限等缺点,提出了电流三态调制技术。文中首先分析了电流纹波对磁轴承系统的影响,接着分析了电流两态调制技术本身的固有不足及电流三态调制技术在磁轴承开关功放应用中的优势。在对电流三态调制的基本理论进行一般性分析的基础上,提出了几种典型的电流三态调制开关功放,并做了较为细致的论述。最后通过一种具体的开关功放分别在两态调制和三态调制情况下进行仿真和实验比较,验证了电流三态调制技术的优越性,并给出了实验结果和波形。

关键词：磁轴承开关功率放大器电流两态调制技术电流纹波

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磁轴承PWM开关功放电流实时降噪

北京航空航天大学学报 2015年第2期41卷 296-301页

作者：汤恩琼房建成韩邦成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 北京航空航天大学惯性技术重点实验室北京100191

针对传统低通滤波器在脉冲宽度调制(PWM,Pulse Width Modulation)开关功放电流降噪过程中存在去噪效果与系统带宽难以兼顾的问题,提出了一种基于提升小波变换的功放电流实时降噪法.首先基于d B4提升小波算法,采用滑动数据窗、对称边界... 详细信息

针对传统低通滤波器在脉冲宽度调制(PWM,Pulse Width Modulation)开关功放电流降噪过程中存在去噪效果与系统带宽难以兼顾的问题,提出了一种基于提升小波变换的功放电流实时降噪法.首先基于d B4提升小波算法,采用滑动数据窗、对称边界拓展和阈值法强制降噪等相结合的方案实现对功放电流的实时降噪.然后根据不同小波分解层数对系统截止频率的影响,确定合适的小波分解层数.实验证明,提升小波实时降噪算法既可以有效地滤除功放电流噪声,又对系统带宽和相角滞后影响较小,非常适用于对实时性和信噪比都有较高要求的磁悬浮高速转子系统.

关键词：提升小波磁轴承实时降噪开关功放电流降噪