主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明:跌落转速为20000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。

单自由度主动磁悬浮轴承-转子系统输入时滞稳定性研究

为了研究控制器的输入时滞对主动磁悬浮轴承-转子系统稳定性与动态性能的影响,建立具有输入时滞的主动磁悬浮轴承-转子系统等效模型,并通过分析系统内Hopf分岔的存在性条件得到主动磁悬浮轴承-转子系统失稳时临界时滞的近似值.利用MATLAB/Simulink仿真分析控制参数对系统稳定性的影响,进一步验证Hopf分岔的存在性,从系统幅频特性和相频特性的角度探究输入时滞对闭环系统抑制外部干扰能力的影响规律,对仿真内容进行实验验证.结果表明,输入时滞的增加导致系统发生Hopf分岔,并使闭环系统的幅频响应曲线峰化现象加剧,降低系统的稳定性.对于PID控制器来说,增大比例增益、减小微分增益将放大输入时滞对系统稳定性的影响.

基于有限元方法的主动磁悬浮轴承电磁性能仿真分析

磁悬浮轴承利用电磁力实现定子与转子间的无接触悬浮,集机械、电子、自动控制和电气于一身,是复杂的机电一体化产品,包括了复杂的机械结构和电气控制系统。在根据磁路解析法对主动磁悬浮轴承进行各部分参数的设计时,其磁饱和、磁滞效应以及漏磁等非线性因素均无法考虑,但在实际工程应用中磁轴承的实际性能与这些非线性因素息息相关。结合有限元方法对已设计的磁轴承结构进行电磁性能的仿真分析,研究主动磁悬浮轴承内部的电磁性能并进行结构上的设计校核,为磁悬浮轴承的正确设计提供了理论基础。

机械加工误差对主动磁悬浮轴承性能的影响探究

主动磁悬浮轴承属于一种磁场产物,能够实现转子悬空,达成转子不与定子接触,避免了摩擦损耗的产生。对于此类轴承而言,减少机械加工误差是保证其性能的一项重点内容。本研究概述了主动磁悬浮轴承的相关内容,分析了主动磁悬浮轴承系统的运作原理,探讨了主动磁悬浮轴承系统装配误差检测原理,阐述了机械加工误差对主动磁悬浮轴承系统性能的影响。结果表明,机械加工误差将对主动磁悬浮轴承系统产生不同程度的影响,充分考虑影响因素,为系统性能的优化创设良好条件,使得系统在运转期间存在的误差处于允许范围内。

主动磁悬浮轴承在余热发电机的应用分析

随着我国能源结构的不断调整,可再生能源发电技术逐渐发展并得到广泛应用。余热发电技术是利用工业生产过程中排放的热量和生产过程中产生的高温高压蒸汽,经锅炉转换后得到稳定可靠的蒸汽,再经汽轮机、发电机转换成电能。在余热发电系统中,有相当一部分设备采用了磁悬浮轴承。磁悬浮轴承是一种不依靠任何传统机械连接的新型智能轴承,它没有传统轴承固有的摩擦、磨损、发热等问题,可在更宽的转速范围内保持稳定的工作状态,因此其具有独特的优势。利用磁悬浮技术可以有效地消除机械磨损和机械摩擦,提高系统的可靠性和稳定性。随着社会对能源需求的增加和环境保护意识的增强,人们对能源效率提出了更高的要求,磁悬浮轴承系统由于具有显著的节能效果和较高的安全性而成为研究热点之一。本文通过对主动磁悬浮轴承工作原理与特点的介绍,结合实际工程应用分析了主动磁悬浮轴承在余热发电中应用所面临的问题和解决措施,以期为以后工程应用提供参考。

主动磁悬浮轴承的解耦控制

运用解耦控制策略对六自由度刚性转子主动磁悬浮轴承（ＡＭＢ） 进行控制，应用基于逆系统理论的状态反馈线性化方法，设计出非线性控制器．将ＡＭＢ 这一多变量、强耦合及非线性的系统，分解为６ 个单变量无耦合的线性子系统，并对线性子系统进行了综合．仿真表明，此控制策略实现了各自由度之间的动态解耦。

主动磁悬浮轴承的神经网络 PID 控制研究

提出一种神经网络ＰＩＤ控制方案，利用一个两层线性神经网络构造ＰＩＤ控制器，成功地实现了主动磁悬浮轴承的静稳定控制，试验表明了其良好的控制品质。

主动磁悬浮轴承系统拍振现象分析

振动分析是研究主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearings,AMB)系统的一个重要部分,但是目前结合控制器以及动态不平衡响应建立的系统数学模型相对较少。通过对高速主动磁悬浮轴承转子系统受力分析,参考所使用的不完全微分PID控制器的频率特性对AMB广义动刚度的影响以及对转子动态不平衡激励响应的影响,建立径向子系统的力学振动方程。通过此振动方程的解,得出AMB系统存在的振动形式。一种是由于系统固有频率存在而产生的自由振动,另一种是由于不平衡响应存在而产生的简谐振动,并解释当两种振动频率相近时系统所产生的拍振现象。通过调节控制电流主动控制作用,可以改变磁悬浮轴承广义动刚度,进而改变系统固有频率,最终起到减弱拍振现象作用。仿真和试验能够验证拍振现象以及改变主动控制作用后的减振效果。此力学模型可为AMB系统不平衡振动补偿算法研究提供仿真平台。

主动磁悬浮轴承支承旋转机械的减振性能研究

针对旋转机械的振动噪声问题,在对轴承工作特性及系统振动传递特性进行理论分析的基础上,提出了采用新型主动磁悬浮轴承取代传统机械轴承以实现整机减振降噪的设想。以某工程试验样机为研究对象,利用有限元软件考察了轴承的刚度变化对该样机轴承座机脚振动不平衡响应的影响,进而开展了专门的振动对比实验来对主动磁悬浮轴承的减振性能进行实际评估。结果表明:减小轴承刚度的思路对于降低旋转机械的机脚振动确实可行;相比于机械轴承,采用主动磁悬浮轴承支承对于减小整机振动水平具有显著实际效果。相关结论可为拓展主动磁悬浮轴承技术的应用领域和场合提供重要思路及数据支持,同时也为其今后的工程化实用奠定研究基础。

主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制

为解决主动磁悬浮轴承在模型摄动或外界干扰时转子位置出现静态误差大、鲁棒性差等问题,采用多输入多输出积分滑模变结构控制。针对四自由度磁悬浮轴承系统,利用积分滑模变结构控制算法建立仿真模型并进行仿真研究。仿真结果表明,在积分滑模变结构控制下,系统的鲁棒性、静态误差都优于自由递阶滑模变结构控制,而且几乎没有"抖振"发生,表现出了良好的动态特性。

机械加工误差对主动磁悬浮轴承性能的影响

针对5自由度主动磁悬浮轴承,分析了每种误差类型对主动磁悬浮轴承工作状态的影响机理及特征;定量分析了机械加工误差、系统设计参数和径向磁悬浮轴承线圈干扰电流之间的关系。研究结果表明,机械加工误差会导致径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承相互耦合,增加系统控制难度;同时会导致径向磁悬浮轴承励磁线圈中附加干扰电流,降低径向磁悬浮轴承的有效载荷;通过分析径向磁悬浮轴承励磁线圈中的干扰电流的特征可以推断系统的误差形式,从而采取相应的措施进行改善。研究结果为更合理地确定主动磁悬浮轴承的设计参数、分析主动磁悬浮轴承系统的装配误差、提高主动磁悬浮轴承的性能提供了理论依据。

改进粒子群算法在主动磁悬浮轴承系统中的应用

通过分析得知,主动磁悬浮轴承系统本身是一个不稳定系统,可以采用PID控制器对其进行控制。但是传统PID控制在主动磁悬浮轴承系统中还存在着不足之处,为此可以将粒子群优化算法与常规PID控制相结合,对PID控制器中的参数进行优化,使系统能够达到更好的控制效果。采用了一种改进粒子群算法,对算法中的惯性权重w进行自适应调节,从而使得算法能够更快、更准确地寻找到最优值。通过Matlab/Simulink构建系统模型并进行仿真对比,改进粒子群算法可以使得系统达到更好的控制效果。

基于自适应滤波的主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别

针对采用差动式位移传感器的主动磁悬浮轴承系统,从理论上分析了控制器输出信号与转子干扰力及传感器故障信号之间的关系和自适应滤波器的工作原理,并在此基础提出了基于自适应滤波的传感器故障识别方法。该方法以两路位移信号的差值为参考信号对控制器的输出信号进行滤波,从而得到控制器输出信号和两路位移信号的差值之间的相关系数,根据该相关系数的极性即可准确地判断出故障传感器。还采用Matlab对该方法进行了仿真研究,并在一个主动磁悬浮轴承试验台上进行了试验研究,研究结果表明:该方法可以同时识别传感器的直流故障和交流故障;转子在静态悬浮和高速旋转时,该方法均可以准确地检测到传感器故障并识别出故障传感器。

主动磁悬浮轴承数模混合式PID控制器研究

以主动磁悬浮轴承为研究对象,提出了一种数模混合式PID控制器的工作原理。针对数字控制器和模拟控制器在主动磁悬浮系统应用中的不足,基于TMS320F28335和数字电位器设计了一种主动磁悬浮轴承中的数模混合式PID控制器。控制器实现了PID参数的实时调整,使得磁悬浮系统能够最大程度的适应某些瞬态需求。经过实验验证,设计的数模混合式PID控制器能够满足主动磁悬浮轴承的要求,使系统的稳定性和鲁棒性得以增强。

主动磁悬浮轴承系统实时不平衡力补偿控制(英文)

针对主动磁悬浮轴承(AMB)系统中与转速同频的周期性不平衡激励对系统稳定性以及其他性能的影响,提出一种基于变步长最小均方算法作为前馈补偿控制器的新的实时前馈自动平衡策略。此控制器能够提供适当的正弦信号用来补偿转子反馈位移信号中的与转速同频的不平衡响应,从而降低控制电流的波动以及减弱AMB系统的主动控制作用。通过分析标准LMS算法原理以及其在AMB系统实时滤波补偿应用中的不足,得到新的与转速成比例的LMS算法步长因子。实验结果表明,该算法能够在一个宽频带内实现实时不平衡力补偿控制,有效降低不平衡激励对系统基础的影响,为转子速度的进一步提高提供便利。

主动磁悬浮轴承位移传感器故障识别

针对采用差动位移传感器的单自由度主动磁悬浮轴承,分析了不同传感器发生故障时控制器输出信号和传感器差值信号的频域特征,分析结果表明:当不同传感器发生故障时,传感器差值信号和控制器输出信号在故障频率点的相位差为180°,根据该特征可以识别发生故障的传感器。采用该方法在试验台上进行了试验研究,研究结果表明:当转子以18 000r/min旋转时,该方法可以检测到传感器的故障并识别出故障传感器。

5自由度主动磁悬浮轴承的积分滑模变结构控制

针对5自由度主动磁悬浮轴承系统,根据其输出解耦的状态方程,设计了一种多输入多输出积分滑模变结构控制算法。利用MATLAB/Simulink分别对常规PID控制和积分滑模变结构控制进行仿真和比较,结果表明,5自由度主动磁悬浮轴承系统的多输入多输出积分滑模变结构控制方法具有良好的动态性能和鲁棒性。

主动磁悬浮轴承的非线性反演变结构控制

基于主动磁悬浮轴承的非线性模型，提出了一种非线性的控制方法——全阶电磁机械系统的反演变结构控制法．在对转子位置、速度及电流进行测量的基础上，控制器解决了主动磁轴承控制中存在的不确定性非匹配问题，实现了位置跟踪．仿真实例证明了控制器的有效性．

主动磁悬浮轴承的神经网络自适应稳定性控制

针对主动磁悬浮轴承本质非线性和开环不稳定的系统特征,设计了一种BP神经网络自适应PID控制器。该控制器采用改进的BP神经网络PID控制算法,通过BP神经网络的自学习和权值调整寻找最优的PID参数,克服了常规PID控制参数整定困难的缺陷,实现了系统的自适应控制。通过MATLAB/Simulink环境和S-Function模块建立了主动磁悬浮轴承控制系统模型,并进行了系统仿真实验,结果表明,BP神经网络自适应PID控制系统响应速度更快,具有更好的动态性能和稳态性能。

主动磁悬浮轴承系统中的模糊自整定PID控制研究

针对主动磁悬浮系统控制效果不佳的问题,设计了一种参数可以模糊自整定的PID控制器,该控制器兼具PID控制和模糊控制的优点,参数整定比较方便,鲁棒性强。仿真实验证明该控制策略有效、可行。