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磁悬浮轴承电控系统的研究与设计

刘文磊  
【摘要】:磁悬浮轴承是利用电磁力实现非接触式支撑的一种新型的高性能轴承,在工业领域有着广泛的应用前景。目前国外研究比较领先,已有工业产品应用,而国内的研究大多还处于实验室阶段。 磁悬浮轴承由机械和电气控制系统(简称电控系统)两大部分组成,而电控系统更为关键。本文根据工程应用需要,以轴向磁悬浮轴承为应用研究对象,重点研究设计磁悬浮轴承的电控系统,主导思想是设计出响应迅速、控制性能优良、经济实用的电控系统。 本文主要工作和成果体现在: 1、对电涡流传感器位移检测电路进行了优化设计,重点研究提高位移检测灵敏度及稳定性问题。为此在激励信号源、放大处理电路等多方面研究采取了有效措施,实验表明,可获得15mV/μm以上的位移检测灵敏度,完全能满足磁悬浮轴承位移检测的要求; 2、对磁悬浮轴承功率放大器进行了分析研究,设计了基于脉宽调制原理的功率放大器,其具有电路结构简单、易于实现、易于控制、性能优良且经济的特点; 3、研究设计了基于PID控制策略的、完全由模拟电路构成的PID控制器,重点分析了P、I、D参数对控制系统的影响,并采用经验法进行参数整定。实验表明,该控制器能满足快速响应、准确控制的要求。 论文构建了完整的轴向磁悬浮轴承系统,对研究设计的控制系统性能进行了实验测试。实验结果表明,控制系统能够很好的控制推力盘实现稳定悬浮,而且有很好的位置控制精度以及较大的动刚度。本文的研究工作为开展多自由度磁悬浮轴承的研究提供了有用参考,有重要的实用价值。


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