基于PD控制的磁軸承剛度與阻尼分析

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1、!""#年$月機(jī)床與液壓(78e!""#第%&卷第$期’()*+,-.//01*234(50+)6:;<9%&,;9$!基于A3控制的磁軸承剛度與阻尼分析=!=肖凱!張育林!劉昆"=9國(guó)防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院空間技術(shù)研究所!湖南長(zhǎng)沙B=""#%%!9東風(fēng)航天中心!甘肅蘭州#%!#&"#摘要!剛度和阻尼是描述磁軸承特性的!個(gè)重要指標(biāo)"本文以磁軸承為研究對(duì)象!從剛度和阻尼的定義出發(fā)!在磁軸承閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變換的基礎(chǔ)上!研究了系統(tǒng)的動(dòng)剛度#動(dòng)阻尼特性"應(yīng)用勞斯判據(jù)分析A3控制器參數(shù)范圍!在閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下!結(jié)合仿真實(shí)例!

2、從頻域角度分析A3控制器參數(shù)與系統(tǒng)剛度#阻尼的關(guān)系!其結(jié)果對(duì)磁軸承控制器設(shè)計(jì)有一定指導(dǎo)意義"關(guān)鍵詞!磁軸承%剛度%阻尼%穩(wěn)定性中圖分類號(hào)!.*=%%e%CC文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼!(CC文章編號(hào)!=""=D%$$="!""##$D"![D%E%F6+"’E%&--’8,,)’6Q)$/&’0"-(#%&O8?)0’8%&"@8)2&’0@),86"’>Q5"’%2"**82=!=S+(/Y>K!j*(,E277?KQO>IU’>?HMK><-I8KIHHMKI8);<?K;I><5I

3、KRHMOK?P;V3HVHIOH.HQFI;<;8P!)F>I8OF>B=""#%!)FKI>%!93;I8VHI86X>QH)HI?HM!0>IgF;7#%!#&"!)FKI>’(4,%2)#%$6?KVVIHOO>IUU>ZXKI8>MH?FH@>O>M>ZH?HMO;VZ>8IH?KQ@H>MKI8e(QQ;MUKI8?;?FHUHVKIK?K;I;VO?KVVIHOO>IUU>ZXdKI8!MHVHMMKI8?FHO?M7Q?7MH;VQ<;OHUD<;;XQ;I?M;M>Q?HMK

4、O?KQ;VUPI>ZKQO?KVVIHOO>IUU>ZXKI8;V>Q?KRHZ>8IH?KQ@H>MdKI8&(’’N>OO?7UKHUe4;7?FQMK?HMK;IN>O>XXI>@MH>;VA3Q;I?M;<M>ZH?HMOeAMHQ;IUK?K;I;VO?>@?K;IOFKX@H?NHHIA3Q;I?M;<M>ZH?HMO>IUO?KVVIHOO!U>ZXKI8N>O>I>?K

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6、觸!轉(zhuǎn)子在驅(qū)動(dòng)電機(jī)的作用U)!)!,U)U)(!)下高速旋轉(zhuǎn)"磁軸承具有高轉(zhuǎn)速#無接觸#無摩擦#磁軸承的阻尼定義為外力:和轉(zhuǎn)子位移變化率不需潤(rùn)滑#低噪聲#低能耗等優(yōu)點(diǎn)!使得磁軸承有廣)G的比值!由式&=’可得磁軸承的阻尼為闊的應(yīng)用前景"而剛度和阻尼是描述磁軸承特性的兩U:&)!,’!:&)!,’U,U,%^^^0&%’,個(gè)重要指標(biāo)!它們除了取決于磁軸承電磁特性和結(jié)構(gòu)U)G!,U)GU)G外!很大程度上受控制器參數(shù)的影響"本文主要從閉從磁軸承的剛度和阻尼的表達(dá)式來看!它們?nèi)Q環(huán)系統(tǒng)的角度出發(fā)!分析磁軸承的動(dòng)態(tài)剛度和動(dòng)態(tài)阻于設(shè)計(jì)剛

7、度和電流函數(shù)!而電流是轉(zhuǎn)子位移的函數(shù)!尼特性!并在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下!分析A3控制器參同時(shí)又取決于磁軸承系統(tǒng)的控制器的設(shè)計(jì)!因此引入數(shù)變化時(shí)剛度阻尼特性變化規(guī)律"動(dòng)剛度和動(dòng)阻尼的概念!從閉環(huán)系統(tǒng)的角度來分析磁#"磁軸承剛度$阻尼的定義軸承的剛度和阻尼"以單自由度磁軸承系統(tǒng)為例!轉(zhuǎn)子所受磁力在工$"系統(tǒng)動(dòng)剛度$阻尼分析(=)作點(diǎn)附近線性化后!可近似表示為!9=C系統(tǒng)動(dòng)剛度:&)!,’^0)_0,&=’),對(duì)于單通道磁軸承它是電流和位移的線性函數(shù)!其中0!0分別),系統(tǒng)!當(dāng)以外力作為輸稱為磁軸承位移剛度系數(shù)和電流剛度系數(shù)!可被稱為入

8、信號(hào)時(shí)!其閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)剛度!它們與磁路特性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有密切的聯(lián)圖=C以外力為輸入的磁系"對(duì)于永磁偏置磁軸承而言!一旦確定了永磁參結(jié)構(gòu)如圖=所示"軸承系統(tǒng)閉環(huán)框圖數(shù)#線圈匝數(shù)#磁極面積和工作氣隙等電磁#結(jié)構(gòu)參此時(shí)!系統(tǒng)的閉環(huán)數(shù)!其設(shè)計(jì)剛度就成為固定值"傳遞函數(shù)為!基金項(xiàng)目!2十