基于粒子群算法的分数阶PID主动磁轴承控制

针对主动磁轴承(AMB)四自由度间强耦合、非线性导致控制器控制效果不佳的问题,将分数阶PID(FOPID)控制器引入AMB控制系统,提出了基于粒子群(PSO)算法的FOPID控制器以提高控制器的响应速度并抑制转轴位移超调量,提高控制精度。采用时间乘以误差绝对值积分(ITAE)作为性能指标,在限制电流模块不同幅值条件下,将FOPID控制器与PID控制器进行比较。仿真结果显示,PSO算法可以简化FOPID控制器参数的调节过程;随着限制电流的提升,FOPID控制器的控制效果明显优于PID控制器,在5 A输入电流的限制下其性能指标高出PID控制器约1.05%;随限制电流幅值增加,在60 A输入电流的限制下性能指标可高出PID控制器约26.25%。

一种用于主动磁轴承不平衡补偿的切换控制法

为了改善主动磁轴承转子在质量不平衡影响下的动力学性能,本文提出了一种基于I&I控制法和自适应陷波滤波器不平衡补偿切换控制方法。首先,本文考虑了转子的质量不平衡,建立了三极磁轴承转子系统的动力学模型。然后,本文分别设计了适用于该系统的I&I参数更新律、控制律及自适应陷波滤波器,并设计了合适的切换点,实现了对磁轴承不平衡转子的切换控制。仿真结果表明,该控制方法结合了I&I控制法的高精度和自适应陷波滤波器的低铜损优势,能够在保证转子振幅不超出安全范围的同时获得较低的能量损耗。

交流主动磁轴承参数设计与优化

交流主动磁轴承采用三相逆变器驱动,能够降低功放损耗,减小体积,降低磁轴承整体成本,且逆变器易于与DSP连接,实现磁轴承高速高精数字控制。在介绍交流磁轴承的结构和工作原理基础上,导出了磁轴承径向悬浮力的数学模型。依据试验样机需要满足的性能要求,对磁轴承主要参数进行了设计和优化,并利用Ansoft有限元软件对径向悬浮力进行了分析,最后对交流磁轴承进行了静态起浮和扰动实验。理论研究和试验表明,交流主动磁轴承的磁路结构设计合理,静态悬浮力和最大悬浮力满足性能要求,对研制高性能低成本交流磁轴承具有参考和应用价值。

主动磁轴承的神经网络自适应PID控制

针对主动磁轴承系统的本质不稳定性、非线性和参数不确定性,提出基于BP神经网络的自适应PID控制器.该控制器输出含有P、I、D信号的非线性组合,补偿了磁轴承系统的非线性,使系统控制效果良好;同时控制器可根据磁轴承的运行状况进行在线自学习和自校正,避免了传统PID控制器参数整定困难的缺点.最后基于某磁轴承系统的仿真研究表明了该控制器的有效性.

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。

主动磁轴承系统的自适应滑模控制

本文针对磁轴承系统的结构参数具有时变性,为典型的复杂非线性系统的特点,将自适应控制和滑模控制相结合,设计了一种能实时跟踪系统结构参数变化的自适应滑模控制器,并应用到单自由度磁悬浮轴承控制系统,使得系统的性能达到最优或近似最优。以单自由度磁轴承控制系统为研究对象,建立了基于自适应滑模控制的仿真模型,构建了以PC为上位机,TMS320F2812型DSP为下位机的实验平台。仿真与实验结果表明,自适应滑模控制器不但能削弱常规滑模控制中的固有抖振,而且具有更好的鲁棒性和快速性,满足磁轴承系统实时控制的要求。

基于主动磁轴承的切削颤振稳定性分析及控制

提出了基于主动磁轴承的铣削颤振主动控制技术。用有限元法分析了主动磁轴承等效刚度与等效阻尼对铣削稳定性区域的影响,并对铣削过程中的颤振进行了主动控制。结果表明:主动磁轴承的等效刚度能够改变电主轴转子的临界转速,但对铣削的临界切削宽度影响很小;相反,主动磁轴承的等效阻尼能够较大幅度地增大铣削的临界切削宽度,但对电主轴转子的临界转速影响不大。颤振的控制效果表明,调节主动磁轴承的等效刚度和等效阻尼能够减小铣削过程中颤振的振幅。

一种应用于主动磁轴承控制的三态功放设计

为满足主动磁轴承控制的需要,利用TL494I,R2110等集成芯片和自主设计的移相角度可自由调节的移相模块,并采用移相的方法成功设计了具有较大功率的三态开关型功率放大器。理论分析和实验表明,这种三态开关型功率放大器相对于普通的两态开关型功率放大器具有电流纹波小、功率器件损耗小、电磁干扰小等一系列优点,并具有良好的动态响应能力和较宽的带宽。

主动磁轴承电主轴的磨削试验

通过现场磨削试验检验主动磁轴承电主轴的磨削性能.磁轴承控制器是以浮点DSP芯片TMS320C32为核心构建的数字控制系统.针对轴承套圈内圆磨削时主轴转子受力的特点确定了合适的控制器参数,使电主轴静态稳定悬浮并以60 kr/min工作转速稳定运转,同频振幅小于8 μm,轴承刚度达到22～58 MN/m.现场磨削试验表明该磁悬浮电主轴的磨削精度已基本达到要求,精磨磨削效率接近工业应用水平.

主动磁轴承的神经网络辨识研究

简述了主动磁轴承的工作原理及数学模型,在传统系统辨识的基础上提出了基于BP神经网络的非线性辨识方案.通过闭环控制使转子稳定悬浮,并在控制器的输出信号中加入随机噪声,以使系统被充分激励.按照10 kH z的采样频率对磁轴承的I/O数据进行采样,以用于磁轴承特性的辨识.对某单自由度磁轴承的仿真表明,神经网络模型能够以很高的精度逼近磁轴承的输入输出数据,且对不同的输入信号有较好的泛化能力,验证了所提方案的有效性.

基于主动磁轴承的高速飞轮转子系统的非线性控制研究

针对控制力矩陀螺———主动磁轴承飞轮转子系统的强非线性和由陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了神经网络的控制方案,设计了RBF神经网络控制器,并给出了李亚普诺夫函数的稳定性证明。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性所造成的破坏。最后,数值算例证明了该方法消除噪声的可行性和有效性。

主动磁轴承控制器对Jeffcott转子裂纹故障特征的影响

建立主动磁轴承(active magnetic bearing,AMB)系统中裂纹转子的动力学模型,从理论上分析主动磁轴承转子系统中裂纹转子的动力学特性,讨论主动磁轴承的控制方法及控制参数对转子裂纹故障动力特性的影响,以及裂纹对主动磁轴承转子系统的稳定性影响等问题。结果表明,主动磁轴承转子系统中转子的裂纹故障动力特性比传统的裂纹转子的动力特性更为复杂。控制器采用PID控制方式时,传统的用来诊断转子裂纹故障的特征参数在一定条件下能被继续用来检测裂纹的存在;同时,研究结果证明,控制器采用最优控制时,不能采用传统方法检测裂纹。

三相交流主动磁轴承参数设计与特性分析

建立了一种三相逆变器驱动的交流主动磁轴承的悬浮力数学模型,根据实验样机悬浮磁力的要求,给出了实验样机参数计算过程.利用Ansoft对该结构磁轴承的磁场和转子受力情况进行仿真验算,并对磁轴承悬浮力非线性和转子在平衡位置附近的运动耦合性进行了计算分析.研究结果表明:这种磁轴承机械和磁路结构合理,悬浮磁力满足设计要求,悬浮力在平衡位置附近具有较好的线性和对称性,二自由度运动几乎没有耦合.

基于主动磁轴承飞轮转子的滑模变结构控制研究

针对主动磁轴承飞轮转子系统存在较多不确定因素的问题,设计了滑模变结构控制器,其中采用Lyapunov方法建立滑模面,由比例型到达律确定到达控制器,同时由Lyapunov第二方法证明了闭环系统的渐进稳定性。仿真结果表明,系统的位移和速度能在较短时间内收敛到零,抖振较小,系统动态响应较快,稳定精度较高,对外界干扰和参数变化具有较强的鲁棒性,从而达到了较好的控制效果。

主动磁轴承开关功率放大器的设计

分析了各种调制技术的优缺点 ,介绍了 ,电磁轴承功率放大器的组成、原理、设计要求和调制技术 ,设计了一款基于DSP的开关功率放大器 ,并给出了实验结果。和传统的功放相比 ,该开关功率放大器可以显著地减少功耗和体积 ,简化线路 ,增强可靠性 ,降低成本以及调试方便等优点。

二自由度交流主动磁轴承最小二乘支持向量机解耦控制

采用最小二乘支持向量机(LS–SVM)理论,研究了二自由度交流主动磁轴承这一多变量、非线性、强耦合的控制对象的动态解耦问题.根据主动磁轴承的基本结构,利用等效磁路法推导了悬浮力模型,建立了系统的状态方程,并对其进行可逆性分析;应用LS–SVM辨识原理推导出系统的逆模型;将逆模型与原系统串联,从而将原非线性耦合系统解耦成伪线性系统,并设计了附加控制器;采用MATLAB软件平台构建了磁轴承仿真系统,对系统进行了拟合、起浮、干扰及解耦仿真试验并进行了分析;最后构建了交流主动磁轴承实验平台,对转子起浮和解耦性能进行了实验.研究表明:采用LS–SVM逆解耦控制策略,能够实现交流主动磁轴承的动态解耦,系统具有良好的动静态性能.

主动磁轴承自检测技术的基本理论与发展趋势

在分析主动磁轴承线性化数学模型的基础上,对当前主要的主动磁轴承自检测方法,包括状态估计法、PWM载波频率分离法、高频信号注入法、差动变压器法等进行了较为详细的论述,最后对主动磁轴承自检测技术面临的问题及发展趋势进行了分析和总结,为进一步的研究提供了参考。

主动磁轴承转子质量不平衡补偿研究

在旋转机械中,由于转子质量的不平衡会导致转子沿旋转方向的振动,严重影响系统的动态特性及安全运行,特别是对具有较高速度的磁轴承支撑的悬浮转子来说,对质量不平衡进行补偿研究,具有重要的现实意义和实用价值。介绍了磁轴承支撑的悬浮转子振动控制原理,推导出存在质量不平衡的转子运动方程。基于位移最小的补偿准则对之进行振动补偿控制,设计了前馈补偿控制系统,利用Matlab/Simulink对该系统进行了仿真试验研究。仿真结果表明:基于前馈补偿控制器的振动控制策略能够很好地抑制悬浮转子振动,提高了转子旋转精度。

基于ANSYS的主动磁轴承电磁场的有限元分析

在介绍主动磁轴承转子的教学模型及其简化计算的基础上,给出了有限元计算模型及其边界条件,并用有限元分析软件ANSYS对主动磁轴承电磁场的耦合现象及转子偏心量和控制电流对磁场分布的影响进行了仿真,给出定子和转子中的二维磁力线分布图、磁通密度分布图及电磁力随转子位移和控制电流的变化规律。所得结论对磁轴承的设计具有一定的指导意义。

基于改进连续隐马尔可夫模型的六极径向主动磁轴承转子位移软测量

针对磁轴承系统中位移传感器带来的成本高、体积大和可靠性差等问题,该文提出一种基于改进连续隐马尔可夫模型的六极径向主动磁轴承转子位移软测量的方法。首先介绍六极径向主动磁轴承的结构和工作原理,并用麦克斯韦张量法推导了径向悬浮力的数学模型。然后,分析连续隐马尔可夫模型的原理,并将其应用在磁轴承转子位移预测上。采用遗传算法优化连续隐马尔可夫模型的初始模型参数,同时采集位移和电流数据,并建立样本数据库,由此训练出改进的连续隐马尔可夫模型,建立六极径向主动磁轴承转子位移软测量模型。接着,构建该软测量模型的仿真系统,并进行转子的起浮和抗干扰等仿真分析,改进连续隐马尔可夫模型的预测精度可达实际值的93.37%,较传统连续隐马尔可夫模型提高了18.57%,综合预测能力和抗干扰性能更强。最后搭建实验平台进行验证实验,证明了该方法的可行性与可靠性。