電磁軸承剛度阻尼特性的分析與研究

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1、分類號(hào)：密級(jí)：ＵＤＣ：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文電磁軸承剛度阻尼特性的分析與研究碩士研究生：翟海幫指導(dǎo)教師：任正義教授學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械工程論文主審人：滕萬慶教授哈爾濱工程大學(xué)2018年3月分類號(hào)：密級(jí)：UDC：編號(hào)：工學(xué)碩士學(xué)位論文電磁軸承剛度阻尼特性的分析與研究碩士研究生：翟海幫指導(dǎo)教師：任正義教授學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué)科、專業(yè)：機(jī)械工程所在單位：機(jī)電工程學(xué)院論文提交日期：2018年1月論文答辯日期：2018年3月學(xué)位授予單位：哈爾濱工程大學(xué)ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngTheAnalysisandR

2、esearchonStiffnessandDampingofActiveMagneticBearingCandidate:ZhaiHaibangSupervisor:Prof.RenZhengyiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Jan，2018DateofOralExamination:Mar，2018University:HarbinEngineeringUniversity哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本

3、論文的所有工作，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，由作者本人獨(dú)立完成的。有關(guān)觀點(diǎn)、方法、數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)的引用已在文中指出，并與參考文獻(xiàn)相對(duì)應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學(xué)學(xué)位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學(xué)校保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學(xué)。哈爾濱工程大學(xué)有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件。本人允許哈爾濱工程大學(xué)將論文的部分或全部內(nèi)容編入

4、有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文，可以公布論文的全部內(nèi)容。同時(shí)本人保證畢業(yè)后結(jié)合學(xué)位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學(xué)。涉密學(xué)位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學(xué)位后即可□在授予學(xué)位12個(gè)月后□解密后）由哈爾濱工程大學(xué)送交有關(guān)部門進(jìn)行保存、匯編等。作者（簽字）：導(dǎo)師（簽字）：日期：年月日年月日摘要電磁軸承利用可控電磁力將轉(zhuǎn)子懸浮于空間中，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與軸承的無接觸狀態(tài)，是一種新型的高性能機(jī)電一體化產(chǎn)品。電磁軸承的支承特性是電磁軸承系統(tǒng)中的關(guān)鍵研究之一，尤其是支承剛度和阻尼，剛度阻尼特性對(duì)電磁軸承轉(zhuǎn)子系

5、統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)特性、旋轉(zhuǎn)精度等有很大的影響。為了能有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)電磁軸承支承剛度和阻尼進(jìn)行更細(xì)致的研究是十分重要的。本文以10kWh儲(chǔ)能飛輪電磁軸承試驗(yàn)樣機(jī)為研究對(duì)象，從理論分析、仿真分析、實(shí)驗(yàn)分析等方面著重研究與分析電磁軸承的支承剛度和阻尼。首先闡述電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理，建立了徑向單自由度轉(zhuǎn)子系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。根據(jù)建立的模型，利用電磁理論推導(dǎo)出電磁力與線圈中電流和間隙的關(guān)系，并在平衡位置附近處對(duì)電磁力進(jìn)行線性化處理?；赑ID控制策略建立單自由度電磁軸承閉環(huán)控制系統(tǒng)模型，得出控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，利用勞斯判據(jù)確定控制參數(shù)的穩(wěn)定域。然后對(duì)電磁軸承支承剛

6、度和阻尼進(jìn)行理論分析。通過分段積分的方法推導(dǎo)出電磁軸承轉(zhuǎn)子在偏心時(shí)的電磁力，結(jié)合剛度阻尼的概念得出剛度阻尼的計(jì)算公式，并分析了電磁軸承剛度阻尼的影響因素?；赑ID控制策略，分別對(duì)控制系統(tǒng)的控制效果和抗干擾能力進(jìn)行仿真分析。通過對(duì)剛度阻尼的非線性研究，分析了系統(tǒng)在控制參數(shù)的穩(wěn)定域內(nèi)電磁軸承的支承剛度和阻尼與控制參數(shù)間的非線性關(guān)系，仿真分析了控制系統(tǒng)各參數(shù)對(duì)剛度阻尼特性的影響。最后通過靜態(tài)測量以及動(dòng)態(tài)懸浮試驗(yàn)對(duì)軸承的靜、動(dòng)剛度進(jìn)行分析。靜態(tài)懸浮的實(shí)驗(yàn)測量主要對(duì)徑向電磁軸承進(jìn)行靜態(tài)性能的測試，動(dòng)態(tài)懸浮的測量主要是通過施加載荷對(duì)穩(wěn)定懸浮后的轉(zhuǎn)子進(jìn)行測試。采集和分析兩種試驗(yàn)狀態(tài)下輸

7、出的數(shù)據(jù)，進(jìn)而對(duì)剛度特性進(jìn)行分析。將數(shù)據(jù)分析與理論分析進(jìn)行對(duì)比，最終確定剛度特性基本滿足整個(gè)電磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，也為電磁軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的研究提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：電磁軸承；剛度；阻尼；PID控制AbstractAsanewtypeofhigh-performancemechatronicproduct，activemagneticbearing，suspendstherotortothespacethroughcontrollableelectromagneticforce，realizingth