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制造误差对磁力轴承动态特性的影响研究

梅荣海  
【摘要】:主动磁力轴承系统是由机械和电气两大部分组成的典型机电一体化系统,系统稳定工作需要机械部分和控制部分共同作用,其中需要引入反馈控制。当主动磁力轴承机械部分加工完成后,其性能主要取决于电气控制部分,但机械部分的制造误差对主动磁力轴承的性能也有很大的影响,而误差本身在制造过程中是不可能完全消除的。对于静态、低转速及低精度的磁力轴承应用,制造误差的影响较小,可以忽略。但近年来,对磁悬浮转子的转速和旋转精度的要求越来越高,而制造误差对高转速下的旋转精度影响较大,进而对控制系统要求更高。追求高的制造精度,必将增加加工成本与难度,影响磁力轴承市场化的前景。因此,设计一套高精度的磁力轴承系统,制造误差对磁力轴承动态特性的影响是不可忽略的问题。 从高速转子的误差特性出发,分析转子的几何误差和回转运动误差,掌握这些误差的基本特征、评定方法及测量方法对研究磁悬浮转子的误差特性起指导作用;并在此基础上,分析了主动磁力轴承系统主要结构的常见制造误差,用结构示意图直观描述这些误差形式,讨论了误差的形成原因及对磁力轴承系统带来的影响;研究两自由度磁力轴承系统的制造,对比主要结构的设计与制造后的尺寸、形位精度,发现存在较大误差,无法满足设计精度。 重点分析传感器检测表面圆度误差对主动磁力轴承系统的动态特性影响,推导了圆度误差、控制电流、位移刚度和电流刚度的关系方程,定量分析了不同误差精度等级,不同结构参数下圆度误差对主动磁力轴承动力学特性的影响程度,,以及对常规PID控制下磁力轴承系统阶跃响应的影响;将圆度误差信号引入到控制系统的反馈环节,仿真分析误差对磁力轴承的动态特性的影响。 本文最后考虑磁力轴承系统加工和装配误差引起的几何中心不重合误差,分析了几何中心误差的形成原因,以及径向、轴向几何中心误差对磁力轴承的动态特性的影响;基于中心误差的形成原因,提出了一种几何中心误差的实验检测方法,探讨了改善几何中心误差的工艺措施,为此类磁力轴承系统提供了制造指导。


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