恒磁通磁轴承轴向电感位移传感器参数研究

恒磁通轴向电感位移传感器可有效抵抗外磁场干扰,但灵敏度较低。为提升其灵敏度,针对该传感器新式拓扑结构和测量原理,推导了灵敏度与机械参数和电气参数的关系式,给出了提升灵敏度的方法。理论和实验表明:平衡气隙越小,传感器灵敏度越高,且灵敏度与气隙大小近似成反比;激励频率、传感器激励线圈消耗的视在功率越大,灵敏度越高,且灵敏度与两者的算术平方根均成正比。通过减小气隙大小、增大激励频率及提高传感器视在功率,可以提升此传感器的灵敏度,并给出了在功率放大器输出能力范围内最大化传感器灵敏度的参数设计方法。

磁轴承飞轮控制系统设计中LQR方法的应用研究

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。

磁悬浮飞轮陀螺力学与控制原理

通过对磁悬浮飞轮陀螺力学进行研究,并分析电磁力对转子章动、进动特性的影响,将磁轴承电磁力对飞轮转子的作用分成四种基本支承成分,分别讨论它们对转子章动与进动稳定性的不同影响。控制器可通过调整四种基本成分在总的电磁力中的比重,改变转子章动、进动的阻尼特性,实现转子的高速稳定运行。基于这些分析,总结出磁悬浮飞轮控制器设计的基本原则。该原则为高速下磁悬浮飞轮转子系统控制器的设计指明方向。

电磁力超前控制在磁悬浮飞轮中的应用

对于具有强陀螺效应的磁悬浮飞轮系统,在实际运行时其章动与进动模态会对转子高速下的稳定性产生影响,必须有效地对其进行抑制,以使磁悬浮飞轮系统运行到工作转速。传统的PID控制已经难以满足系统的要求。给出了一种新的抑制磁悬浮飞轮章动的方法——电磁力超前控制。这种方法结合位移交叉能同时对章动与进动进行抑制,并且实现简单。对方法的有效性进行了理论分析,并给出了仿真结果及部分试验数据。

磁悬浮分子泵的振动抑制

2000L磁悬浮分子泵研制中,遇到复杂振动问题:转子弯曲模态共振;陀螺效应造成动力学失稳;叶轮叶片导致转子颤振;成因复杂的机电耦合模态振动。它们同时出现,严重影响转子稳定性,给振动抑制带来困难,需进行精细的控制器设计。控制器中,对不同振动采用不同方法抑制:陀螺效应依靠交叉反馈控制;弯曲共振、分子泵叶轮叶片颤振及机电耦合模态振动,依靠各种不同的控制器传递函数相位整形方法。试验验证了方法的有效性,分子泵平稳升速到24000 r/min,样机达到了设计真空性能指标。

磁悬浮飞轮结构模态振动控制

磁悬浮动量轮系统中,为避免中频段存在的两个结构模态振动破坏系统的稳定运行,采用特殊的控制方法对其进行抑制。为获取结构振动参数,通过一种非参数频域辨识方法对系统模型进行辨识,辨识结果显示其中一个结构共振频率随控制器刚度变化而发生显著变化。由于理论建模存在困难,使用一种基于叠代过程的方法抑制共振,叠代过程包括辨识与控制器参数的调整。在进行控制器设计时,分别采用基于零极点对与μ综合的方法进行控制器设计。试验证明叠代过程是有效的,两种方法设计出来的控制器均可以很好地抑制系统结构模态的振动。

储能飞轮中的主动磁轴承技术

主动磁轴承作为一种先进的支承技术,在飞轮储能系统中得到了成功应用。本文首先介绍了国内外研究机构在飞轮系统中应用主动磁轴承的情况。之后,分别探讨了主动磁轴承应用于高速飞轮需要解决的各个关键技术问题,展望了它在高速飞轮系统中的应用前景。

磁轴承不平衡控制技术的研究进展

通过大量文献调研,重点阐述了磁轴承不平衡控制这一重要技术在磁轴承高速旋转机械中的研究发展情况。简要分析了各种算法的优缺点及其在原理上的相通之处,最后讨论了磁轴承不平衡控制技术进一步发展的方向。

磁悬浮飞轮低阶变增益鲁棒控制器设计

介绍了一种能在大转速范围内有效抑制章动,同时克服高频噪声干扰的鲁棒控制方法。该方法利用零极点对造成的相位突变提供章动阻尼,用低通滤波器降低高频增益,通过一种变增益方法使转子在整个转速范围内稳定,并且其鲁棒性可由μ分析方法进行检验。仿真结果表明,此方法能有效解决转子章动问题,是一种容易实现的低阶变增益鲁棒控制方法。

AD698解调的电感位移传感器性能提升

AD698信号调理芯片应用于电感位移传感器作为信号处理模块,具有优良的性能。但应用于磁轴承系统位移检测时,需要进一步提升性能指标。针对AD698存在的驱动能力不够、接口电压偏低、带宽偏低等不足,进行了电路方案的优化。保留AD698的解调模块,但置换了它的正弦发生与功率驱动模块。通过应用新的电路设计方案,实现了电感传感器带宽的扩展,并提升了传感器灵敏度。

基于PC机与RTLinux构建的新一代磁悬浮轴承控制器实验平台

介绍了一种全新的基于PC机与RTLinux构建的磁悬浮控制器实验平台。与基于DSP构建的控制平台进行比较,证明此平台在成本、开发效率、性能等方面具有优越性。最后介绍了新平台的实际应用情况。

强非线性条件下的磁轴承高速电动机

为解决磁轴承高速电动机转子中,永磁电动机磁偏拉力与转子残余不平衡导致的磁轴承电磁力非线性问题,实现转子高速稳定运行,采用全局线性化方法对电磁力进行线性化:同时,改进控制器的设计,使用增益调度方法实现转子平稳通过刚性临界转速,并通过有效降低控制器在转子工作频率附近的增益,使转子在高速下能近似围绕质量中心转动,避免电磁力的饱和。最终实现了强非线性条件下磁轴承电动机的高速稳定运行。

新一代智能动平衡仪软件平台的方案选择

介绍了一种新的动平衡系统软件平台 ,通过对 Windows与实时平台 RTL inux下智能动平衡仪的数据采集实现的研究 ,论证了在 PRL inux下构建高性能动平衡仪系统的可行性与优越性 ,并给出了动平衡系统的软硬件结构框图 。

飞轮储能技术研究五十年评述

本文回顾了飞轮储能技术研发50年的历程,分析了飞轮储能技术特点、应用领域以及关键技术问题。飞轮储能具有功率密度高、循环寿命长、响应迅速、能量可观性好以及环境友好的优点。当前,研制的飞轮储能系统单体能量为0.5~130 k W·h,功率为0.3~3000 k W。重点关注了飞轮用低成本高比强度新材料、高温超导磁悬浮技术。飞轮储能在电能质量调控、不间断过渡电源以及电网调频领域实现了商业化应用,在车辆混合动力领域的示范应用中实现节能20%~30%,处于产业应用的临界点。针对电网规模大功率、高能量储能需求,发展趋势是由数十千瓦时以下发展到百千瓦时,并通过阵列化组装成10~100 MW储能系统,放电时间可拓展到1 h。

先进飞轮储能电源工程应用研究进展

先进飞轮储能电源研究目前集中于三项关键技术:为提高飞轮储能密度的复合材料设计与制作;高效高速大功率永磁无刷电机研制以及重型飞轮的高温超导磁体悬浮轴承技术。经过30余年以工程应用为目标的飞轮储能电源系统实验研究为飞轮电源的工业化应用奠定了坚实的基础,低速飞轮作为不间断电源UPS的储能元件在10年前开始在不间断电源工程中得到商业推广应用,高速飞轮因其技术难度大而至今处于工程试用研发阶段。飞轮储能电源技术在国内研究广泛,理论研究丰富,但工程应用研究进展缓慢。

复合材料储能飞轮挠性结构振动的磁轴承控制

储能密度是储能飞轮的重要指标之一,选用碳纤维、玻璃纤维复合材料的储能飞轮可以有效提高储能密度,同时,选用磁悬浮支承则可以适应真空环境及减少损耗。但是,由此也增加了结构的复杂性,例如,连结飞轮转子中金属部件与复合材料之间的挠性薄壳轮毂具有不同于常规刚体飞轮的动力学模型特性。针对薄壳结构的模态振动特征与陀螺效应控制之间的矛盾,描述一种具有挠性结构储能飞轮的磁轴承控制方法。在模态分析的基础上,利用多通道添加相位整形的控制方法有效抑制了系统中的挠性结构的模态振动。试验结果表明,使用所设计的控制器,转子可平稳通过中心频率为340 Hz的轮毂——心轴挠性模态振动区域,运行转速475 Hz(28 500 r/min),轮缘最大线速度达到450 m/s,并成功实现飞轮的充放电过程。

基于AD698的半桥式电感位移传感器高灵敏度测量电路设计

针对主动磁轴承系统中电感位移传感器的高灵敏度设计要求,在对AD698芯片的输入输出特性进行了实验测量的基础上,对AD698的典型应用电路加以改进,提出了一种基于AD698的半桥式电感位移传感器高灵敏度测量电路设计方案。实验证明,相对于AD698的典型应用电路,这种方案能够显著地提高电路的灵敏度,并且输出电压的噪声没有明显增大。

基于虚拟仪器技术的低成本振动监测系统

从虚拟仪器概念出发研制基于微型计算机的低成本离心机组转子振动监测系统。对电涡流位移传感器的温度稳定性进行了研究 ,并在电路设计、元器件选择等方面加以改进。实现8通道振动信号的数字化采集 ,并进行数据动态显示、在线处理和分析、结果显示和存储及意外故障及时报警与现场数据保存。整套传感器、虚拟仪器系统满足了离心机组转子振动的高精度。

新一代智能动平衡仪设计

介绍了新一代智能动平衡仪系统。讨论了动平衡原理,针对动平衡测量需求,设计了基于PC平台的转子振动及转速测量硬件系统。采用RTLinux实时操作系统作为软件平台,设计制作了振动数据采集卡,开发了动平衡流程控制,解算程序以及用户操作界面程序。通过实际的飞轮转子的动平衡实验,验证了该动平衡仪性能指标。所设计的动平衡仪的平衡精度小于1μm,平衡转速范围为5～1500r/s。

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。