永磁磁悬浮轴承

磁轴承是利用磁场力将转轴悬浮起来工作的一类轴承。按工作原理，可将磁悬浮轴承系统分为3类：主动磁轴承、被动磁轴承和混合磁轴承。被动磁轴承大体上可分为全被动磁轴承(超导体、抗磁体)和永磁磁悬浮轴承(简称永磁轴承)2类。在被动磁轴承中，常用的是永磁磁悬浮轴承。

基于Halbach阵列的永磁悬浮车辆悬浮系统磁力特性研究

提出对Halbach阵列永磁体进行尺寸参数优化,研究不同参数对永磁悬浮系统横向刚度问题的影响。以斥力型跨座式永磁悬浮车辆的悬浮永磁体模块为例,运用正弦法对悬浮永磁体的Halbach阵列磁场进行解析,利用Maxwell方法推导出永磁体的横向力和悬浮力随横向位移变化的公式,确定要优化的三个尺寸参数分别为:永磁体厚度、永磁体宽度和相邻两块永磁体的磁化角度差。利用软件COMSOL建立磁力模型,分析永磁悬浮模型在发生横向位移时,不同尺寸参数对模型产生的横向力和横向刚度的影响。仿真分析表明:增大永磁体的厚度会增大永磁悬浮系统的最大横向力和横向刚度;永磁体宽度的改变在一定范围内对永磁悬浮系统的横向刚度影响较小;减小相邻两块永磁体的磁化角度差,会在减小最大横向力的同时减小横向刚度,角度从90°减小到45°,横向刚度减小了58.4%。所得结论对永磁悬浮式磁浮车辆悬浮永磁体的设计和选择提供了一定参考。

磁悬浮永磁发电机用被动磁轴承磁力及刚度特性研究

磁悬浮高速永磁发电机是超低温余热发电装置的核心部件,其轴系结构及参数关乎发电机的性能。以被动永磁轴承为研究对象,简单介绍了余热发电机轴系和被动磁轴承的结构形式、被动磁轴承悬浮原理,建立了被动永磁轴承的磁力计算模型以及刚度计算模型,通过正交实验获取该被动磁轴承的全局最优设计参数,即全局最优的磁极径向厚度d为7.5 mm,磁极对节距λ为15 mm,间隙中心半径R为100 mm,轴向长度L为150 mm,径向间隙g为3 mm,径向刚度K为3000 N/mm。上述轴系结构及参数应用于某余热发电系统,实际运行结果表明,故障停机率降低了52.94%,转子额定工况下位移幅值减少0.09 mm,被动磁轴承温度降低了10℃。

电磁永磁混合型EMS磁悬浮非线性控制算法研究

针对电磁永磁混合磁悬浮这一种特殊非线性系统,深刻分析被控对象特性后,指出普通状态反馈控制方法的不足,根据系统的特性提出一种非线性反馈控制方法,并通过反馈线性化理论证明其合理性。为进一步改善控制效果,提出重构速度信号,延长大速度信号的作用时间,在满足系统正常响应速度的情况下,增加电磁铁向上运动的阻尼,抑制电磁铁向上方向的超调,从而避免磁铁撞击甚至吸死轨道。最后通过实验验证算法的有效性。

进给平台永磁直线磁悬浮电动机的电磁力特性研究

针对数控机床进给平台的摩擦问题,提出采用永磁直线磁悬浮电动机来实现无摩擦进给。给出磁悬浮进给平台的结构以及进给平台的运行原理。该进给平台采用永磁直线磁悬浮电动机驱动,永磁直线磁悬浮电动机的动子上有两套绕组,一套绕组用于产生电磁推力,另一套绕组用于产生可控的磁悬浮力。采用Maxwell应力张量法推出了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型。用Ansoft对电磁推力和磁悬浮力进行了有限元分析,证明了采用永磁直线磁悬浮电动机实现直接驱动和无摩擦进给的可行性。

基于模糊滑模观测器的磁悬浮高速永磁同步电机转子位置检测方法

针对普通滑模观测器对永磁同步电机转子位置检测低速抖振问题,提出了一种基于模糊滑模观测器的磁悬浮高速永磁同步电机转子位置检测方法,通过模糊控制调节滑模观测器的滑模增益,以实现低速抖振抑制。在理论上分析了该方法相比于基于饱和函数的滑模观测器的优越性。最后以4kW磁悬浮高速永磁同步电机为研究对象进行了仿真和实验,实现了电机转子位置和转速的估计,并分析了转子位置误差产生的来源以及补偿方式,证明模糊滑模观测器可以有效的估计磁悬浮高速永磁同步电机的转子位置。

永磁电磁型低速磁悬浮车轨耦合振动抑制新方法

针对永磁电磁混合磁浮列车静浮实验中遇到的车轨耦合振动问题,首先建立考虑轨道弹性的系统数学模型,分析产生振动的原因,提出了通过设置非线性饱和环节、动态调整饱和阈值来抑制车轨耦合振动的新方法。系统在平衡点附近时通过调整饱和阈值来改变控制输出的幅值特性,逐步消除引起共振的能量,从而达到抑制振动的目的,系统在偏离平衡点时,快速释放饱和环节,进而提升控制器的调节能力和抗干扰能力。

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的研究

永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承集轴向、径向磁轴承于一体,可以同时实现三个自由度的控制。在对多种拓扑结构的永磁偏置轴向径向磁轴承进行分析的基础上介绍其工作原理,列举了工业领域的应用实例,最后还对永磁偏置轴向径向磁悬浮轴承的未来发展进行了研究。

永磁偏置轴向磁悬浮轴承的类型划分与拓扑结构设计

针对永磁偏置轴向磁悬浮轴承类型多样、拓扑结构复杂的特点,提出了基于气隙中轴向控制磁场分布的永磁偏置轴向磁悬浮轴承的类型划分方法。结合偏置磁场的极性分布,将永磁偏置轴向磁悬浮轴承划分为四种不同的类型。在此基础上提出了永磁偏置轴向磁悬浮轴承拓扑结构设计的方法,即根据各类型的特点可以设计出隶属于该类型的永磁偏置轴向磁悬浮轴承的定子磁极的形状、控制绕组的放置位置以及永磁体的放置位置与充磁方向。

全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统的研究与实现

介绍了一种全悬浮永磁偏置磁悬浮轴承电机系统。该系统由永磁偏置轴向-径向磁悬浮轴承、永磁偏置径向磁悬浮轴承及高速电机组成,给出了两种磁悬浮轴承的结构并分析了其工作原理。实验证明由这两种磁悬浮轴承组成的磁悬浮轴承系统具有良好的悬浮性能,给出了20 000 r/min时转子铁心的位移波形以及控制绕组中的电流波形。

永磁偏置型径向磁悬浮轴承参数设计方法研究

永磁偏置型磁悬浮轴承中既存在永磁磁场,又存在电磁磁场,其结构及磁场分布比较复杂,涉及的参数也较多,利用简单的等效磁路法无法对所有的参数进行精确设计。以一种结构形式的永磁偏置型径向磁悬浮轴承为例,在分析其工作原理及磁场分布的基础上,提出了一种基于磁通量计算的参数设计方法,给出了设计流程与计算实例。利用有限元分析软件对设计结果进行了电磁场仿真。实验结果表明:基于此方法设计出的永磁偏置型径向磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性。给出了转轴在20 000 r/min时的径向位移波形及控制绕组中的电流波形。

磁悬浮永磁直线电机伺服系统H_∞鲁棒控制的研究

磁悬浮永磁直线电动机具有直接驱动与磁悬浮的特点,它能消除传动链所带来的不良影响以及动子与静止导轨之间的摩擦,提高系统的快速反应能力和精度。针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于黎卡提不等式(Riccati)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器。首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统。其次,在建立系统状态空间模型的基础上,将此系统归结为标准的H∞控制问题,通过求Riccati不等式的对称正定解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器。最后,在MATLAB环境下搭建系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求。

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统模糊PID控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组,可以实现推力与悬浮力的解耦,进而实现对电动机悬浮子系统的独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象以及存在不确定性未知扰动的特性,设计模糊PID控制器,并将其应用到悬浮子系统位移环中,以满足悬浮系统控制高精度、高鲁棒性的要求。仿真结果表明:该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。

磁悬浮永磁直线同步电动机的有限元分析

针对数控机床直线电动机驱动系统中动子与导轨之间的摩擦问题,提出采用直接磁悬浮永磁直线同步电动机实现无摩擦进给的方法.该电动机的动子上有两套绕组,一套为推力绕组,用于产生电磁推力;另一套为悬浮绕组,用于产生可控的磁悬浮力.采用Maxwell应力张量法推导了电动机的电磁推力和悬浮力的数学模型,并采用Ansoft对不同永磁材料电动机的电磁推力和磁悬浮力进行有限元分析.计算结果验证了数学模型的正确性,证明了采用磁悬浮双绕组永磁同步电动机实现无摩擦进给的可行性.

基于场路耦合的磁悬浮永磁直线电动机控制系统

为了解决数控机床进给系统的摩擦问题,采用一种磁悬浮永磁直线电动机来实现无摩擦进给.建立磁悬浮永磁直线电动机的电压、磁链、推力和运动的数学模型及控制系统的场路耦合仿真模型,运用Ansoft软件中的Maxwell和Simplorer对磁悬浮永磁直线电动机控制系统进行场路耦合的联合仿真,并研究磁悬浮永磁直线电动机加速、刹车与反向运行过程.仿真结果表明,该磁悬浮永磁直线电动机控制系统具有良好的跟踪和抗扰性能,为深入研究整个系统的相互耦合以及搭建实验平台提供了依据.

基于DSP的磁悬浮永磁直线伺服系统的研究

研究基于DSP的磁悬浮永磁直线同步电动机伺服系统的软硬件组成及其设计。首先,通过对磁悬浮永磁直线同步电动机的动子上两套绕组解耦,建立磁悬浮永磁直线伺服系统在d-q坐标系下的电压方程、磁链方程以及转矩方程。其次,采用TMS320LF2812数字信号处理器和IPM智能功率模块,设计伺服控制系统的主电路与控制电路;并采用C语言编写系统软件。最后,对自行设计的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统进行实验研究。实验结果验证设计的硬件及软件的有效性,以及获得磁悬浮永磁直线伺服系统的实验数据。

磁悬浮永磁直线电动机驱动系统电压空间矢量控制的研究

为实现对磁悬浮永磁直线电动机的精确控制,对其驱动系统提出空间矢量脉宽调制(SVPWM)的控制方法,以保证获得圆形磁链。首先,在电压空间矢量控制原理的基础上,给出判断参考电压矢量所在扇区的方法;其次,计算相邻两工作电压矢量的作用时间,得到作用时间赋值表;再次,按照开关切换次数最少的原则确定电压空间矢量的作用顺序;最后,用DSP2812完成SVPWM算法,并对该控制系统进行实验研究。理论分析与试验结果表明,采用电压空间矢量控制方法能够实现磁悬浮永磁直线同步电动机驱动系统的平稳控制。

磁悬浮永磁直线电动机悬浮系统H_∞鲁棒控制器的设计

为消除直线电动机驱动的数控机床进给系统的摩擦阻力,实现无摩擦进给,采用一种新型的磁悬浮永磁直线同步电动机,将矢量控制分别应用于两套绕组可以实现推力与悬浮力的解耦,进而可以对电动机的悬浮子系统进行独立控制。针对悬浮子系统为非线性被控对象,以及存在不确定性未知扰动的特性,对悬浮系统数学模型进行输入输出解耦线性化,通过设计H∞鲁棒控制器来满足悬浮系统控制高精度,高鲁棒性的要求。仿真结果表明,该控制器能起到良好的抗干扰作用,系统的跟踪误差小,可以保持悬浮系统的稳定性。

磁悬浮永磁直线电动机自抗扰控制器设计

磁悬浮永磁直线电动机实现了直接驱动和无摩擦进给,有效提高伺服系统的反应速度和精度。针对电动机运行中受到系统外扰和内扰的问题,将自抗扰控制器引入磁悬浮永磁直线电动机。首先,建立电动机在d-q坐标下的数学模型,分析系统非线性强耦合的本质原因;其次,将速度,d,q轴电流作为系统状态量,设计三个一阶自抗扰控制器。将电流间存在的耦合项视为系统内部扰动,应用扩张状态观测器估计系统输出和受到的综合扰动,并在反馈中加以补偿,实现系统的反馈线性化;最后,建立采用自抗扰控制的系统仿真模型。仿真结果表明,采用自抗扰控制的磁悬浮永磁直线电动机伺服系统具有良好的动态性能,并且能有效抑制内外扰动,具有很强的鲁棒性。

基于LMI的磁悬浮永磁直线电动机H_∞鲁棒控制器的设计

针对磁悬浮永磁直线电动机中的不确定性扰动,提出基于线性矩阵不等式(LMI)方法设计进给系统的H∞鲁棒控制器。首先,采用矢量控制方法中的id=0控制策略,把非线性系统解耦成独立的线性电流子系统和速度子系统。其次,根据H∞性能指标与线性矩阵不等式的等价性,将设计问题转化为对LMI的求解,进而得到磁悬浮永磁直线电动机系统的状态反馈H∞控制器。最后,为了验证设计的有效性,在MATLAB环境下应用Simulink建立系统的仿真模型,对控制系统进行仿真研究,结果表明所设计的H∞控制器满足对不确定性扰动抑制的要求。