摘要：磁轴承电机系统高速运行时,转子需超越其一阶弯曲临界,超临界控制器的设计非常关键。为设计出能有效阻尼一阶弯曲模态振动的控制器,首先需对高速电机转子系统进行动力学分析,建立系统状态空间模型,以此为基础开展控制器研究工作。由于实际模型参数与理论模型存在差异,且难以精确获取,在控制器设计中,采用了相位整形技术。通过该方法,可基于试验测定的模态频率值,设计结构简单的控制器,有效提升磁轴承系统对转子一阶弯曲临界振动的阻尼效果。仿真与试验结果均证明了控制器的有效性,最终实现转子系统在高于48 000 ***-1的转速下,平稳超越一阶弯曲临界,并成功运行到81 840 ***-1。

摘要：对于具有强的陀螺效应的磁悬浮飞轮转子,将转子各自由度作为独立个体采用分散控制难以满足系统要求,而LQR方法不失为一种有效的集中控制方法。通过对LQR控制方法在飞轮转子上的仿真研究,给出了LQR方法应用于磁悬浮系统控制时,加权阵Q阵与R阵的选取原则,并对反馈阵F中各参数的物理本质进行了阐述。由仿真结果与理论推导相结合,论证了陀螺位移交叉反馈的作用,由此给出了LQR控制的一种简化实现方法。

摘要：随着磁轴承在航空航天、军事及民用工业领域的广泛应用,提高其位移传感器的可靠性成为发展重点。而传统磁轴承用电感式位移传感器的结构复杂、测量电路元器件过多,降低了磁轴承系统的可靠性。针对高转速和小转子磁轴承,设计了一种新型自感式位移传感器,分析了自感式位移传感器的工作原理,提出了优化的传感器结构,设计了对应的测量电路,并对传感器的性能进行了分析与测试。实验结果表明,在-0.5~0.5 mm测量范围内,传感器的线性度为±1.25%,灵敏度为25.94 mV·μm,迟滞为±0.28%,重复性为±0.22%,传感器的动态响应带宽为4.7 kHz,悬浮精度为2.4μm。该传感器完全适用于磁轴承系统,同时传感器结构简单易实现,测量电路得到大大简化,满足航空航天、军事及民用工业领域高可靠性的要求。

摘要：针对陀螺效应明显的磁轴承-转子系统转速变化引起的模型变化而带来的控制问题,提出基于LMI的鲁棒增益调度方法设计控制器。通过建立系统依转速变化的LPV模型,设计了鲁棒增益调度控制器,使转子在全转速范围内保证了鲁棒稳定性和性能。为降低控制器设计的保守性,可缩小转速区间设计控制器使控制性能得到提高。与基于LTI模型设计的鲁棒控制器相比,LPV鲁棒增益调度控制器在保证控制性能同时,实现以转速为参数的自适应调节。仿真结果验证了此控制器的有效性和先进性。

摘要：采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.

摘要：针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量。首先,建立等效电路模型,并通过Simulink仿真,证明模型正确性;其次,提出差动检测方案,并通过半桥检测电路将相对位移变化转换为电桥输出电压变化,提高了位移检测灵敏度与线性度;最后,在搭建的试验平台上对该传感器进行静态性能测试,当定转子相对位移在±0.3mm范围内变化时,位移检测灵敏度为1.2mV/μm,位移检测分辨率约为7μm,验证了基于探测线圈磁轴承定转子相对位移检测的可行性。该方法结构简单、鲁棒性好,为实现紧凑可靠的磁轴承位移测量奠定了基础。

摘要：提出了一种电磁轴承模型预测最优控制方法.为了抑制陀螺效应引起的转子圆锥涡动,在传统二次型性能指标函数中引入同步误差项,基于离散状态方程有限步预估转子平动误差、同步误差以及控制器输出构造最优控制器优化目标函数.基于迭代黎卡提差分方程(Riccati Difference Equation)求解了最优控制器.用伪代数黎卡提方法(Fake Algebraic Riccati Technique)证明了所设计最优控制器的稳定性.通过数值仿真研究了控制器鲁棒性能与设计参数间的关系.针对某扁平型磁悬浮飞轮的仿真和实验结果均表明引入同步误差的最优控制器能有效的抑制圆锥涡动.

摘要：针对微框架磁悬浮飞轮用磁阻力磁轴承存在偏转负力矩和洛伦兹力磁轴承气隙磁密均匀性较差的缺点,提出了一种基于球形转子的微框架磁悬浮飞轮,介绍了其结构、工作原理和洛伦兹力磁轴承方案。采用等效磁路法建立了洛伦兹力磁轴承磁路数学模型,得到了其径向偏转力矩和轴向平动悬浮力。利用电磁场数值分析法,对三种洛伦兹力磁轴承方案的磁密和磁通进行比较分析,得到了最优的球面梯形磁钢方案。在此基础上,结合15Nms微框架磁悬浮飞轮技术指标,对磁轴承进行了详细实例设计。根据设计结果研制了一台微框架磁悬浮飞轮,并利用线性磁密霍尔对磁轴承气隙磁密进行动态测试。测试结果与优化结果一致,对微框架磁悬浮飞轮系统整体设计具有重要意义。

摘要：针对磁轴承磁力参数理论设计值不精确的问题,提出了一种基于不平衡响应的磁力参数实验辨识方法.利用转子的质量不平衡在高速转动时的离心力效应,通过检测磁轴承在零电流控制状态下的同频位移响应和零位移控制状态下的同频电流响应,解算磁轴承磁力参数.设计了基于通用陷波器原理的零位移控制器和零电流控制器,并通过设置T矩阵保证闭环系统稳定.实验结果表明:基于不平衡响应的磁力参数辨识方法,辨识结果与理论设计值差别在20%之内,证明了该方法的正确性和改进磁轴承力学参数的有效性.

摘要：针对磁悬浮飞轮转子的陀螺效应问题和转子不平衡质量引起的同频扰动问题,在对磁悬浮飞轮进行了系统分析与建模后,将转速变化引起的陀螺项看作系统的参数变化项,将转子系统看作是线性参变(LPV)转子系统,应用凸优化原理和线性矩阵不等式方法(LMI)设计了变增益H∞控制器。仿真结果表明:由于在控制器设计时考虑了陀螺效应和同频干扰的影响,系统在减少了保守性的基础上具有很好的动静态特性和鲁棒性。