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磁悬浮轴承控制系统研究

孙云  
【摘要】:磁悬浮轴承是利用电磁力的作用使转子悬浮在空中,从而实现非接触支承的一种新型轴承。电磁轴承的基本功能是通过对轴承转子进行无接触、无润滑、无磨损的悬浮支承。未来高速旋转机构支承轴承主要研究方向是磁悬浮轴承。 磁悬浮轴承由电控系统和机械系统两大部分组成。电控系统是磁悬浮轴承系统的关键部分,它主要由传感器、控制器及功率放大器组成。本文主要以电控系统为研究对象,对电控系统的各部分进行了深入的研究。 本文从磁悬浮轴承系统的基本工作原理出发,分析电控系统各部分的作用。在此基础上,先对电涡流传感器进行了研究,重点研究了电涡流线圈及电涡流传感器测量电路。通过分析涡流传感器的原理,研究了探头线圈结构对传感器性能的影响,并设计了一批实验用电涡流探头。根据磁悬浮轴承的特点,对电涡流位移传检测电路进行优化设计。通过分析影响电涡流传感器稳定性的因素,采取一系列的相应措施提高电涡流传感器的性能。其次对PID控制器和PWM功率放大器进行了研究。设计了PID控制器和功率放大器的硬件电路,通过实验发现控制系统存在的不足,对控制系统的不足之处进行优化。在此基础上,设计了一套机械结构用来固定轴承和安装传感器。为满足多自由度磁悬浮轴承系统的需要,本文设计了一套多路输出的直流电源供磁悬浮轴承系统使用。最后通过实验调试,给出在线整定PID控制器参数的方法,通过调试使磁悬浮轴承稳定。


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