摘要：为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.

摘要：针对磁悬浮轴承电磁力线性化和位移传感器温漂现象等不确定性,建立了考虑参数不确定性的磁悬浮轴承-转子系统的摄动模型,基于该模型设计了一种基于结构奇异值μ分析的鲁棒控制器并进行仿真分析,结果表明控制器降阶前后转子能稳定悬浮在平衡位置,且对正弦干扰有一定抑制作用。在转子试验台上进行了悬浮和激振试验,结果表明:与传统PID控制方法相比,μ综合控制下转子起浮调节时间缩短了95%,稳定时抵抗内部激振扰动的能力均有较大改善,且在0.5 mm,40 Hz和0.5 mm,60 Hz正弦干扰下,μ综合控制下转子位移幅值分别降低了36.4%和40%,说明考虑模型参数不确定性情况下设计的μ综合控制器使系统具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。

摘要：横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。随磁悬浮轴承技术的发展,对横向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之间的关系。对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。实验结果表明,当灵敏度为20 mV/μm、检测范围为±500μm时,传感器的线性度为0.69%,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系统的转子高精度径向位置检测。

摘要：磁悬浮轴承对基础激励抑制能力有限,当基础激励导致转子振动大于其悬浮间隙时,磁悬浮轴承系统转定子间会产生碰摩损伤以致设备损坏。针对上述问题,提出了结合隔振器和磁悬浮轴承主动控制器的基础激励抑振方法。在建立基础激励下磁悬浮转子模型的基础上,进一步考虑隔振器、基础、磁悬浮轴承定子相互耦合作用,以广义力形式将三者耦合关系转移到磁悬浮转子系统方程的刚度、阻尼矩阵中,建立了磁悬浮转子-隔振器耦合系统机电一体化模型。根据耦合模型分析不同简谐激励下隔振器设计参数变化对转子振幅的影响,并基于转子振幅变化规律,以隔振器最大变形、最大加速度、转定子间隙为设计目标,推导出合适的隔振器刚度范围。结合隔振器-高刚度主动控制器的耦合抑振作用,从理论和试验分析了耦合系统对基础激励的抑振效果。结果表明,与没有隔振器作用的磁悬浮转子系统相比,采用隔振器-高刚度控制器耦合控制可将转子最大振幅从0.052 mm降低到0.011 mm以内,转子整体振幅小于保护间隙(0.125 mm)的10%。

摘要：随着正弦干扰频率的提高,扩张状态观测器(extended state observer,ESO)的性能会下降,为提高磁悬浮转子系统中ESO的干扰抑制能力,首先,建立单自由度磁悬浮轴承转子系统数学模型;其次,设计ESO并分析其干扰抑制效果下降的原因;在此基础上,提出一种模型辅助扩张状态观测器(model assisted extended state observer,MESO)以改进带宽配置方式,提高干扰抑制效果;然后,在频域内分析基于MESO的自抗扰控制器的稳定性;最后,通过仿真与试验验证了所提出观测器的有效性.研究结果表明:带宽的增加会放大系统噪声的影响,使系统的控制电压增加;随着干扰频率的提高,MESO对高频正弦干扰的抑制效果会下降,但仍可以降低转子的模态振幅;对50 Hz旋转频率下的转子分别施加频率为10 Hz、振幅为2 mm的基础简谐干扰与1g的基础冲击干扰,相比ESO,MESO控制下的转子位移分别降低了16.3%与22.6%,控制电压降低了约14%.

摘要：针对小型无轴承永磁薄片电动机的设计要求,基于理论计算与有限元仿真设计定、转子,并以转矩和悬浮力为目标设计电动机转矩绕组与悬浮绕组,以转子旋转坐标系为基础设计转子悬浮力直接控制策略。建立仿真模型对转子起浮及电动机升速过程进行仿真,仿真分析表明电动机起浮响应速度快,运行稳定。并搭建试验台进行验证,试验结果表明转子静浮时振动不超过±5μm,转速达到2000 r/min时振动不超过±40μm,实现了电动机的稳定悬浮及旋转。

摘要：针对磁悬浮流体机械喘振问题,依据流体机械系统喘振状态时质量流量和压升的波动,采用基于质量流量的喘振控制策略。具体来说,利用喘振控制器求出叶轮轴向调节间隙值,并作为悬浮位置参考信号输入至轴向磁悬浮轴承闭环控制系统中,从而在轴向磁悬浮轴承系统作动下改变磁悬浮流体机械转子轴向位置,即改变叶轮叶尖间隙,以实现喘振的主动控制。仿真结果表明,当施加喘振控制时,可以扩展流体机械的稳定运行范围,由未控制下的15.5%节流阀开度扩展至喘振控制下的14%。通过模拟激振的方式辨识了喘振频率,并研究了PID控制器中控制参数对喘振控制性能的影响规律。

摘要：磁悬浮轴承-转子系统在高速工作时,多种工况均会对系统存在外部引入的低频正弦干扰。针对此类问题,设计干扰观测器对外部干扰进行抵消,设计H_(∞)对系统中存在的未建模动态、参数和结构的不确定性进行抑制,使得系统具有更好的鲁棒性和抗干扰性能。建立磁悬浮轴承-转子系统的数学建模,设计基于H_(∞)和干扰观测器的复合控制器。仿真与实验结果表明:干扰频率在20 Hz~50 Hz范围内,相比于传统的H_(∞)控制器,复合控制器具有更好的抗干扰性能。

摘要：针对差动变压器式位移传感器的性能及其在磁悬浮轴承中的应用,理论分析传感器与磁悬浮轴承转子之间加入不同隔层时对传感器输出的影响;对传感器进行静态和动态标定,并将其应用于2自由度和5自由度磁悬浮轴承试验台进行静态和动态悬浮。研究结果表明:该传感器测试范围在–0.5～+0.5mm时,线性度可达±1.38%,灵敏度为20.18mV/μm,截止频率在800Hz左右;理论分析加入非导磁隔层不影响传感器性能,但实际中涡流、漏磁等多方面原因将影响传感器的静动态性能;在2自由度试验台上实现磁悬浮转子2自由度的静态悬浮,不加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于5μm,加入隔层时转子的静态位移振动峰峰值小于10μm;在5自由度试验台上实现了磁悬浮转子的高速旋转,转速为30kr/min,不加隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25μm,加入隔层时转子两端的径向振动峰峰值为25μm,但波形没有不加隔层时规则。研究结果为差动变压器式位移传感器的设计,并将其应用于磁悬浮轴承系统中提供一定的理论和试验基础。

摘要：为了探究机动飞行对机载磁悬浮转子振动响应的影响,建立了飞机机动飞行下柔性转子的运动微分方程和磁悬浮轴承模型,使用基础运动的6个参数描述了飞机转弯和俯冲拉升2种机动飞行的完整过程,对1个磁悬浮轴承支承的单盘柔性转子进行了振动响应数值计算分析。仿真结果表明:采用比例-微分控制的磁悬浮轴承转子系统在飞机转弯和俯冲拉升时,转子进动中心会随着机动飞行过程发生偏移,转子振动增大,可能与磁悬浮轴承发生碰摩故障;采用比例-积分-微分控制时,磁悬浮轴承可以以增大控制电流为代价减小机动飞行对转子振动的影响。为了实现磁悬浮轴承在航空发动机等机载旋转机械上的应用,在磁悬浮转子系统设计时要充分考虑机动飞行对振动响应的影响。