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作者：王军闯大连交通大学

学位级别：硕士

高速加工是近十年来发展起来的一种先进制造技术，高速加工的数控机床除了提高机床主轴的转速外，还必须相应地提高机床的进给速度、进给定位精度和控制系统的响应速度。与传统进给系统相比，磁浮进给系统具有无接触、无摩擦、无润滑、... 详细信息

高速加工是近十年来发展起来的一种先进制造技术，高速加工的数控机床除了提高机床主轴的转速外，还必须相应地提高机床的进给速度、进给定位精度和控制系统的响应速度。与传统进给系统相比，磁浮进给系统具有无接触、无摩擦、无润滑、定位精度高、进给速度及加速度高等优点，而这些均为实现数控机床高速加工的必要条件。本文详细介绍了磁浮进给的工作原理及系统组成，阐述了磁浮进给系统的悬浮电磁铁和驱动电磁铁的结构参数设计过程，在保证电磁力最大及电磁铁重量最小的条件下，建立了电磁铁优化模型，利用MATLAB，用复合形算法对电磁铁参数进行了优化设计，给出了磁浮进给机构工作台的结构尺寸。控制是系统的重要组成部分，在分析电磁悬浮力的基础上，建立了磁浮进给系统的单铁悬浮数学模型。由于系统具有非线性和参数不确定性，对所建立的单铁悬浮数学模型在平衡点附近进行了线性化处理，获得系统的状态方程和传递函数。在此基础上，分析了系统的能控性和能观性，设计出线性状态控制器及PID控制器，利用MATLAB对两种控制算法进行了仿真。采用ANSYS对电磁场进行有限元分析，计算出系统磁场分布，并校正了漏磁误差。从而可调节在稳定悬浮时电磁线圈的电流值，另外，对磁浮工作台进行静力和动力有限元分析，并其薄弱环节提出改进措施，使之动态性能更优。

关键词： nc机床磁悬浮进给电磁驱动优化设计有限元分析

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nc机床磁悬浮电主轴控制系统研究

NC机床磁悬浮电主轴控制系统研究

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作者：蒋成勇大连交通大学

学位级别：硕士

目前nc机床正向高速度、高精度、高效率及高度自动化方向发展，主轴系统高速化是数控机床高速加工的主要标志，主轴支承技术则是其关键技术之一。与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、无污染、精度高及悬浮可靠等优点，因而... 详细信息

目前nc机床正向高速度、高精度、高效率及高度自动化方向发展，主轴系统高速化是数控机床高速加工的主要标志，主轴支承技术则是其关键技术之一。与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有无接触、无摩擦、无污染、精度高及悬浮可靠等优点，因而在nc机床上受到广泛的应用。本文详细介绍了磁悬浮轴承的工作原理及其系统基本组成，在分析磁悬浮轴承中磁场以及电磁力的基础上，建立了磁悬浮轴承系统转子的轴向单自由度和径向四自由度数学模型，为磁悬浮轴承控制系统的设计奠定了理论基础。控制器是磁悬浮轴承系统中关键组成部分，由于磁悬浮轴承具有非线性和参数不确定性，不能获得其精准数学模型，应用常规PID控制器往往不能达到理想的控制效果。文中讨论了BP(Back Propagation)神经网络控制在磁悬浮轴承中应用的相关理论问题，并分别建立了传统PID控制算法和基于BP神经网络的磁悬浮轴承控制算法及控制结构，利用MATLAB对两种控制方法进行了仿真。文中还讨论了DSP(Digital Signal Processing)控制器外围电路设计和控制算法的软件实现，并且给出各主要程序模块及软件设计流程图。最后，阐述了磁悬浮径向轴承和磁悬浮轴向轴承的结构参数设计过程，并以径向轴承为例在保证最大承载力的条件下，以轴承和线圈重量最小为优化目标，建立了磁悬浮径向轴承优化模型。借助MATLAB，用复合形法实现了对径向轴承系统参数优化设计。

关键词： nc机床磁悬浮轴承 PID控制 BP神经网络

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