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轴向磁悬浮轴承位移检测与控制系统研究

花榕泽  
【摘要】:磁悬浮轴承涉及机械、电子、检测、控制等众多学科,是一种典型的机电一体化产品。技术难度大,成本高,目前国内的研究大多处于实验室阶段。本文根据工程应用需要对轴向磁悬浮轴承进行了研究,在满足控制性能要求的同时兼顾了经济性指标。 本文的主要内容包括: 1)对电涡流位移传感器进行了研究,重点分析了提高其原始灵敏度的方法,据此就测量电路进行了设计并制成PCB电路板,最终设计的电涡流位移传感器原始灵敏度为1.5mV/μm,满足磁悬浮轴承位移检测的要求。 2)基于脉宽调制原理的功率放大器研究,重点分析了开关频率对磁悬浮轴承性能的影响,并通过实验的方式获得了最佳开关频率值,最后就功率电路的各个环节进行了设计,并成功应用于轴向磁悬浮轴承系统。 3)基于PID控制策略的控制器研究,对轴向磁悬浮轴承系统进行了数学模型建立和仿真,重点分析了P、I、D三个参数对控制系统的影响,并利用模拟电路构成PID控制器,从而实现了对系统的控制。 根据自行搭建的轴向磁悬浮轴承平台进行了整体调试与性能测试,悬浮位置控制在±2μm的变化范围内,支承刚度为79.7N/μm,同时能够承受120N的干扰力。轴向磁悬浮轴承的成功设计为将来开展多自由度磁悬浮轴承的研究提高了参考。


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