基于柔性支承的磁悬浮支承系统动态特性研究

【摘要】：磁悬浮支承技术是对传统支承技术的一次革命,与传统支承技术相比,其因显著优势被广泛应用于现代工业生产中,磁悬浮列车和磁悬浮轴承是其中最典型的应用,分别代表直线型磁悬浮系统和旋转型磁悬浮系统。国内外针对支承部件对磁悬浮性能影响的研究和应用,多为支承部件对磁悬浮支承转子系统动力学特性研究和通过阻尼器改变支承参数对磁悬浮支承性能影响研究,而外界激振干扰对磁悬浮系统性能影响的研究较少,但在实际生产生活中,任何系统都将受到来自外界的正弦激励、随机激励或阶跃激励的干扰,直接影响到磁悬浮系统的支承特性,限制磁悬浮支承技术的应用于发展。因此,有必要对该课题进行研究。本文主要研究内容如下:本文首先介绍了磁悬浮支承技术的发展背景,根据目前磁悬浮支承技术的研究现状,提出支承部件对磁悬浮系统性能影响研究存在的问题。基于单自由度磁悬浮小球建立质量-弹簧-阻尼动力学模型,推导了柔性支承基础下单自由度磁悬浮系统模型的状态空间方程,采用数值分析法在MATLAB中的simulink模块下进行仿真研究。其次,在此基础上,研究支承部件对多自由度磁悬浮系统性能影响,引入实际工业产品中的磁悬浮列车、磁悬浮盘片和磁悬浮轴承分别建立二自由度、三自由度和五自由度的磁悬浮系统模型,研究其支承部件的结构参数以及系统的控制参数对系统动力学特性的影响,采用不同的支承基础调节结构参数,通过PID控制器调整控制参数。为了简化研究过程,忽略了磁悬浮系统中的耦合参数和漏磁等影响。最后,基于实验室现有条件,采用三自由度下的磁悬浮盘片系统实验装置,验证地面激振对三自由度磁悬浮系统的性能影响和仿真分析的可靠性,通过实验结果与仿真结果的对比分析,存在一定的误差,分析原因可能是对物理模型、仿真参数以及控制系统进行了合理简化,实验结果与仿真结果基本吻合。本文的研究工作是为了使磁悬浮支承系统在外界地面激振条件下保持支承特性的稳定,以期为磁悬浮系统在高端装备的广泛应用提供一定的技术支撑。