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六极径向–轴向主动磁轴承电磁特性分析及实验研究

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中国电机工程学报 2020年第5期40卷 1653-1663页

作者：朱熀秋王绍帅江苏大学电气信息工程学院江苏省镇江市212013

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数... 详细信息

提出一种由三相逆变器驱动的六极径向–轴向主动磁轴承,与三极径向–轴向主动磁轴承相比,该磁轴承具有乘载力大、径向两自由度之间没有磁路耦合等优点。首先详细介绍六极径向–轴向主动磁轴承的基本结构、磁路、工作原理,并推导出其数学模型;然后,对其电磁特性和最大承载力进行有限元仿真分析。与三极径向–轴向主动磁轴承的分析结果相比,六极径向–轴向主动磁轴承的承载力提高了约33%,径向两自由度之间不存在磁路耦合,并解决了力–电流特性的非线性问题。最后,在样机的基础上进行验证实验和静态悬浮实验,验证了六极径向–轴向主动磁轴承的性能。实验结果表明,六极径向–轴向主动磁轴承的性能优于三极径向–轴向主动磁轴承,验证了理论分析的正确性。

关键词：六极磁轴承承载力力–电流特性非线性

逆变器驱动式六极径向-轴向混合磁轴承结构原理及性能分析

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电机与控制学报 2021年第4期25卷 88-95页

作者：朱熀秋周睿江苏大学电气信息工程学院江苏镇江212013

针对三极磁轴承结构不对称及其三相电流之和必须为零的限制所导致的悬浮力和控制电流之间存在非线性、强耦合的问题,本文提出了在空间上对称分布的六极磁轴承,并对其结构原理及性能展开研究。首先,介绍了逆变器驱动式六极径向-轴向混合... 详细信息

针对三极磁轴承结构不对称及其三相电流之和必须为零的限制所导致的悬浮力和控制电流之间存在非线性、强耦合的问题,本文提出了在空间上对称分布的六极磁轴承,并对其结构原理及性能展开研究。首先,介绍了逆变器驱动式六极径向-轴向混合磁轴承的结构和工作原理,采用等效磁路法推导出数学模型;其次,通过理论分析和有限元仿真分别得出三极结构与六极结构的力-电流特性、最大承载力,并对结果进行对比分析;最后,实验研究表明:相比于三极结构,六极结构的悬浮力和控制电流之间的非线性得到了明显的改善,最大承载力提高16%,验证了理论分析的正确性。

关键词：逆变器驱动六极径向-轴向混合磁轴承力-电流特性承载力

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基于转子不平衡响应的磁轴承磁力参数辨识

北京航空航天大学学报 2015年第7期41卷 1246-1252页

作者：刘超刘刚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

针对磁轴承磁力参数理论设计值不精确的问题,提出了一种基于不平衡响应的磁力参数实验辨识方法.利用转子的质量不平衡在高速转动时的离心力效应,通过检测磁轴承在零电流控制状态下的同频位移响应和零位移控制状态下的同频电流响应,解算... 详细信息

针对磁轴承磁力参数理论设计值不精确的问题,提出了一种基于不平衡响应的磁力参数实验辨识方法.利用转子的质量不平衡在高速转动时的离心力效应,通过检测磁轴承在零电流控制状态下的同频位移响应和零位移控制状态下的同频电流响应,解算磁轴承磁力参数.设计了基于通用陷波器原理的零位移控制器和零电流控制器,并通过设置T矩阵保证闭环系统稳定.实验结果表明:基于不平衡响应的磁力参数辨识方法,辨识结果与理论设计值差别在20%之内,证明了该方法的正确性和改进磁轴承力学参数的有效性.

关键词：磁轴承参数辨识不平衡响应电流刚度位移刚度

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大型分体式磁轴承电动机系统定子模态分析

机械工程学报 2016年第8期52卷 1-7页

作者：张贤彪王东苏振中海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033

准确分析定子固有模态对低振动噪声电机系统优化设计和控制有十分重要的意义。针对大型分体式磁轴承电动机系统,采用有限元仿真方法分析轴向磁轴承定子绕组、径向磁轴承定子叠片结构、机座螺栓连接以及底座附加质量对大型分体式磁轴承... 详细信息

准确分析定子固有模态对低振动噪声电机系统优化设计和控制有十分重要的意义。针对大型分体式磁轴承电动机系统,采用有限元仿真方法分析轴向磁轴承定子绕组、径向磁轴承定子叠片结构、机座螺栓连接以及底座附加质量对大型分体式磁轴承电动机系统定子模态的影响。结果表明:轴向轴承定子绕组对定子固有频率影响较大,宜采用质量计入铁心的方式处理;径向轴承定子叠片结构对定子固有频率的影响较小,可按各向同性处理;机座螺栓连接刚度对机座固有频率有一定影响,但当连接刚度远大于机座刚度时,影响较小;底座附加质量对整机模态频率有一定的影响,但对不同振型的固有频率的影响效果相差较大。计算了整机的模态频率,并与振动试验结果进行了对比验证。

关键词：电动机磁轴承模态分析固有频率振型有限元法

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含转子不平衡的磁轴承建模与同频电流抑制

振动．测试与诊断 2014年第6期34卷 1057-1064,1169页

作者：缪存孝徐向波刘强北京科技大学机械工程学院北京100191 北京林业大学工学院北京100191 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

为实现含转子不平衡的磁轴承系统动力学建模与同频电流抑制,分析了同频电流、力和力矩的产生机理,即转子不平衡(含静不平衡和动不平衡)经控制器、功放系统、感应电动势在磁轴承线圈中引起同频电流,进而与电流刚度和位移刚度相互作用产... 详细信息

为实现含转子不平衡的磁轴承系统动力学建模与同频电流抑制,分析了同频电流、力和力矩的产生机理,即转子不平衡(含静不平衡和动不平衡)经控制器、功放系统、感应电动势在磁轴承线圈中引起同频电流,进而与电流刚度和位移刚度相互作用产生力和力矩,完成了径向4自由度全主动磁轴承系统的建模。对该模型进行了数学求解和验证,提出了一种基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法,可有效抑制控制器、功放系统和感应电动势产生的同频电流。仿真和实验验证了该方法的有效性,与传统的控制器串联陷波器方法相比,基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法还可减少感应电动势引起的同频电流,同频电流进一步衰减了8.8dB。

关键词：磁轴承转子不平衡建模分析同频电流抑制通用陷波反馈

基于LMI的磁轴承-转子系统鲁棒增益调度控制器设计

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国防科技大学学报 2011年第6期33卷 134-138,144页

作者：陈峻峰刘昆国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

针对陀螺效应明显的磁轴承-转子系统转速变化引起的模型变化而带来的控制问题,提出基于LMI的鲁棒增益调度方法设计控制器。通过建立系统依转速变化的LPV模型,设计了鲁棒增益调度控制器,使转子在全转速范围内保证了鲁棒稳定性和性能。为... 详细信息

针对陀螺效应明显的磁轴承-转子系统转速变化引起的模型变化而带来的控制问题,提出基于LMI的鲁棒增益调度方法设计控制器。通过建立系统依转速变化的LPV模型,设计了鲁棒增益调度控制器,使转子在全转速范围内保证了鲁棒稳定性和性能。为降低控制器设计的保守性,可缩小转速区间设计控制器使控制性能得到提高。与基于LTI模型设计的鲁棒控制器相比,LPV鲁棒增益调度控制器在保证控制性能同时,实现以转速为参数的自适应调节。仿真结果验证了此控制器的有效性和先进性。

关键词：磁轴承鲁棒增益调度控制线性矩阵不等式线性变参数

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一种永磁偏置磁轴承容错方法的试验研究

机械工程学报 2010年第20期46卷 34-40页

作者：韩辅君房建成北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100083 北京航空航天大学新型惯性仪表与导航系统技术国防重点学科实验室北京100083

磁轴承控制系统的结构复杂,单个磁轴承控制通道的损坏都会导致磁轴承系统整体失效,其可靠性问题成为制约其应用于要求严格场合的瓶颈问题。为提高磁轴承系统的可靠性,提出一种采用电流分配阵的容错控制方法。该方法针对一种采用Homopola... 详细信息

磁轴承控制系统的结构复杂,单个磁轴承控制通道的损坏都会导致磁轴承系统整体失效,其可靠性问题成为制约其应用于要求严格场合的瓶颈问题。为提高磁轴承系统的可靠性,提出一种采用电流分配阵的容错控制方法。该方法针对一种采用Homopolar磁极结构的永磁偏置径向磁轴承的磁悬浮飞轮,通过磁路分析和力不变原理,求解一路线圈或相应功放系统故障情况与正常工作情况下的控制电流关系,进而得到故障情况下的电流分配矩阵。该方法具有原理简单、易于工程实现的特点。试验结果表明:该方法能够在磁轴承线圈(功放)损坏的情况下实现磁悬浮飞轮的静态悬浮和升速,实现了磁轴承线圈(功放)系统的容错控制,提高了磁悬浮飞轮磁轴承系统的可靠性。

关键词：磁轴承 Homopolar 容错控制可靠性

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复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制

机械工程学报 2016年第8期52卷 36-42页

作者：白金刚赵雷张剀戴兴建清华大学核能与新能源技术研究院北京100084 清华大学工程物理系北京100084

储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠... 详细信息

储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠性薄壳轮毂具有不同于常规刚体飞轮的动力学模型特性。针对薄壳结构的模态振动特征与陀螺效应控制之间的矛盾,描述一种具有挠性结构储能飞轮的磁轴承控制方法。在模态分析的基础上,利用多通道添加相位整形的控制方法有效抑制了系统中的挠性结构的模态振动。试验结果表明,使用所设计的控制器,转子可平稳通过中心频率为340 Hz的轮毂——心轴挠性模态振动区域,运行转速475 Hz(28 500 r/min),轮缘最大线速度达到450 m/s,并成功实现飞轮的充放电过程。

关键词：复合材料储能飞轮磁轴承陀螺效应挠性模态

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磁轴承BP神经网络PID控制算法研究

机械制造与自动化 2023年第4期52卷 177-180,213页

作者：王一建谢振宇张鹏王男南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室江苏南京210016

针对传统PID控制算法难以解决磁悬浮系统非线性的问题,设计一种BP神经网络PID控制算法。通过仿真分析与试验研究,比较普通PID控制算法与BP神经网络PID控制算法对磁悬浮系统的实际控制效果。研究结果表明:BP神经网络PID控制算法可以改善... 详细信息

针对传统PID控制算法难以解决磁悬浮系统非线性的问题,设计一种BP神经网络PID控制算法。通过仿真分析与试验研究,比较普通PID控制算法与BP神经网络PID控制算法对磁悬浮系统的实际控制效果。研究结果表明:BP神经网络PID控制算法可以改善磁悬浮系统的静动态性能,并使系统具有自学习、自适应的能力。

关键词：磁轴承 BP神经网络静动态性能