發(fā)布時間：2020-06-04 05:05

【摘要】： 主動磁力軸承(簡稱磁力軸承)是利用電磁力使轉(zhuǎn)軸穩(wěn)定懸浮的一種新型軸承,具有許多傳統(tǒng)機(jī)械軸承無法比擬的優(yōu)點,比如:無接觸、無摩擦、高速運(yùn)行等。但它是一個非線性和開環(huán)不穩(wěn)定的系統(tǒng),對控制系統(tǒng)的依賴性很大。本文重點研究主動磁力軸承的模糊建模與模糊控制,主要做了以下幾個方面的工作。 分析了磁力軸承PID控制算法和改進(jìn)PID算法,給出了PID控制參數(shù)整定的原則;討論了基于Simulink和S函數(shù)的仿真方法;用改進(jìn)的ITAE性能指標(biāo)評價系統(tǒng)的性能,采用單純形法對PID參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。 為了充分利用比例控制、模糊控制和PID控制各自的優(yōu)點,將比例-模糊-PID多�？刂破饕�入磁力軸承的控制。在偏差大時,采用比例控制;在偏差較大時,采用模糊控制;而在偏差較小時,采用PID控制。該控制器能使轉(zhuǎn)子快速、平穩(wěn)地起浮,且無穩(wěn)態(tài)誤差,但切換閾值的選擇比較困難。 提出了一種磁力軸承擬合修正因子模糊控制器設(shè)計方法。采用單純形法對4修正因子模糊控制器的4個修正因子進(jìn)行優(yōu)化,以使改進(jìn)的ITAE性能指標(biāo)最小。在擬合修正因子模糊控制器中,采用一個3階多項式對優(yōu)化得到的4個修正因子運(yùn)用最小二乘法進(jìn)行逼近,且不再對輸入和輸出進(jìn)行量化處理。仿真結(jié)果表明擬合修正因子模糊控制器有很好的控制效果,有效地改善了磁力軸承的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。 提出了一種建立磁力軸承正向T-S模糊模型和逆T-S模糊模型的方法。正向T-S模糊模型和逆T-S模糊模型的主要差別是輸入和輸出變量不同。正向T-S模糊模型的輸入為控制電流和轉(zhuǎn)子位移,輸出為電磁力。而逆模型的輸入為電磁力和轉(zhuǎn)子位移,輸出為控制電流。該方法將模糊聚類分析、最小二乘法和殘差分析有機(jī)結(jié)合,采用模糊C-均值聚類分析方法確定前提結(jié)構(gòu)和參數(shù),采用最小二乘法確定結(jié)論參數(shù),并通過對殘差的分析進(jìn)一步確定模糊規(guī)則的數(shù)目。仿真結(jié)果表明所獲得的T-S模糊模型和逆T-S模糊模型有很高的擬合精度。 提出了一種基于非線性力函數(shù)逆T-S模糊模型的磁力軸承逆控制器。將磁力軸承的逆T-S模糊模型與磁力軸承系統(tǒng)相串聯(lián),構(gòu)成一個偽線性對象,然后按照線性系統(tǒng)理論設(shè)計線性PID控制器。PID控制器和逆T-S模糊模型構(gòu)成了逆控制器。仿真結(jié)果表明所提方法是有效的。采用基于逆T-S模糊模型的控制方法后,系統(tǒng)比PID控制有更好的動態(tài)性能和更強(qiáng)的抗干擾性能,且轉(zhuǎn)子能在更寬的范圍內(nèi)工作。 利用并行分布式補(bǔ)償器的思想,提出了一種基于T-S模糊模型的磁力軸承模糊控制方法。針對模糊模型后件所表示的線性系統(tǒng),采用線性系統(tǒng)理論中極點配置的方法,設(shè)計線性的狀態(tài)反饋控制器,并將各狀態(tài)反饋控制器的輸出以隸屬度函數(shù)為權(quán)值加權(quán)求和作為控制器的輸出。仿真結(jié)果驗證了所提方法的有效性。 介紹了所設(shè)計的以TMS320LF2407A為控制核心的磁力軸承系統(tǒng)硬件平臺和控制軟件的設(shè)計思路,對關(guān)鍵問題進(jìn)行了討論。對于磁懸浮轉(zhuǎn)子,在測量中心位置時,徑向各個自由度之間會相互影響,導(dǎo)致對中心位置的測量無法一次完成。在單自由度中心位置測量方法的基礎(chǔ)上,給出了一種逐步求精的迭代方法。
【圖文】：

前徑向軸承 軸向軸承 感應(yīng)電機(jī) 后徑向軸承圖 2.2 由兩個徑向軸承和一個軸向軸承支承的轉(zhuǎn)子軸承數(shù)字控制系統(tǒng)軸承系統(tǒng)包括機(jī)械部分和電控系統(tǒng)。機(jī)械部分主要包括轉(zhuǎn)子、兩個護(hù)軸承、一個軸向磁力軸承及保護(hù)軸承、殼體和冷卻系統(tǒng)。鑒于數(shù)優(yōu)點，目前主動磁力軸承一般采用數(shù)字控制方式，其電控系統(tǒng)主要數(shù)字控制器、A/D 轉(zhuǎn)換器、D/A 轉(zhuǎn)換器、功率放大器等。另外，還旋轉(zhuǎn)的高速變頻電機(jī)和變頻電源。軸承系統(tǒng)中所使用的位移傳感器的主流為電渦流傳感器。電渦流位和前置放大器。探頭安裝在機(jī)械內(nèi)部，用來檢測轉(zhuǎn)子的實際位置。信號進(jìn)行解調(diào)、放大、濾波等處理。控制器是磁力軸承控制系統(tǒng)的核心部分，它將傳感器檢測到的位移持、量化及編碼后，通過軟件實現(xiàn)的控制算法進(jìn)行運(yùn)算，輸出數(shù)字，通過 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓信號，并通過功率放大器變換

空氣中近似為 1。磁鐵或永久磁鐵在磁路中產(chǎn)生磁通。用近似的分析方法，即假設(shè)除氣隙外空氣的磁導(dǎo)率要大得多，磁力線離開的波長比磁場的幾何尺寸大得多，，則法。作如下假設(shè)：磁通Φ 全部通過鐵芯橫定值，且等于氣隙橫截面面積lA ；磁fe fe l lΦ = B A = B Afe lA = Afe lB = B = B和氣隙中的磁通密度。i lfe
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TH133.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2695930