混合磁轴承PID控制参数整定方法研究

针对混合磁轴承PID控制器参数整定复杂的问题,分别采用PID Tuner和Controller System Tuner工具箱两种整定方法对PID参数进行整定,观察混合磁轴承系统的控制效果,并给定恒定外部干扰力对得到的PID参数进行验证,通过仿真结果证明了两种参数整定方法的有效性和实用性。

六极外转子径向混合磁轴承转子位移自检测

为了解决六极混合磁轴承位移传感器体积大、成本高的问题,提出了一种改进粒子群优化算法最小二乘支持向量机的位移估计方法.首先,介绍六极外转子径向混合磁轴承的结构和工作原理,并推导其径向悬浮力的数学模型.其次,将改进的粒子群算法的惯性权重改变,以实现更快的迭代,并建立了基于最小二乘支持向量机的预测模型,根据改进的粒子群算法优化的参数对预测模型进行了仿真和验证,并比较了改进的粒子群算法和粒子群算法的预测值.最后,进行了静态悬浮实验、动态悬浮实验、扰动实验,验证了该位移估计方法的鲁棒性和稳定性.

交直流三自由度混合磁轴承结构与有限分析

为简化三自由度磁轴承结构,缩小其尺寸,降低其制造与运行成本,提出一种新型的交直流三自由度混合磁轴承。该磁轴承轴向单自由度采用直流电控制,径向两自由度采用1个三相逆变器提供控制电流,由1块径向充磁永磁体同时提供轴向与径向偏置磁通。介绍交直流三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生机理,用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算,导出了其轴向、径向磁力数学模型,设计了实验样机,并对实验样机的磁路用ANSYS8.1软件进行了有限元分析。理论研究和有限元分析表明:交直流三自由度混合磁轴承结构合理紧凑、承载力大、效率高、成本低。

交流混合磁轴承建模与控制系统

阐述交流二自由度混合磁轴承(AC 2 degrees of freedom hybrid magnetic bearings,AC-2DOF-HMB)的结构和工作原理,采用等效磁路法建立了交流磁轴承径向悬浮力数学模型。在此基础上,设计交流磁轴承的控制系统,以TMS320F2812为控制系统的CPU研制了硬件,采用参数自整定模糊PID控制规律设计磁轴承控制器,基于C2000环境,用C语言和汇编语言结合开发了相关控制软件程序,并进行实验调试,实现交流混合磁轴承稳定悬浮。研究表明:所设计的交流混合磁轴承数字控制系统不仅能满足磁轴承的性能要求,而且便于参数调试,易于实现各种先进的控制策略。

基于磁路分析的轴向混合磁轴承径向承载力解析计算

研究轴向混合磁轴承实现五自由度悬浮时,需要计算径向承载力与磁轴承结构参数以及永磁体参数之间的关系。为了解决轴向混合磁轴承缺乏径向承载力解析数学模型的问题,该文在分析轴向混合磁轴承磁路以及各部分磁导的基础上,结合稀土永磁体的工作特性,用虚位移法得出了轴向混合磁轴承的径向承载力解析数学模型。模型表明,在小径向位移时,该型的混合磁轴承径向承载力随着径向位移增加而增加,近似线性关系,径向承载力和刚度随轴向气隙增大而减小;磁轴承径向承载力随永磁体的有效长度增加呈现先增大后趋近饱和。利用有限元方法对径向承载力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合。

径向二自由度混合磁轴承参数设计与分析

介绍了永磁偏磁径向磁轴承的结构及其悬浮力产生机理;用等效磁路法对混合磁轴承的磁路进行计算,得出了最大承载力的条件和数学表达式,给出了参数设计和计算过程;用有限元软件进行了仿真验算。研究结果表明:增大永磁体内部磁动势可提高轴承的承载力、稳定性及减小功放损耗;当偏磁磁通大于饱和磁通的一半时,实际承载力最大。

三自由度永磁偏置混合磁轴承数控系统研究

在介绍永磁偏置径向 -轴向三自由度混合磁轴承结构及悬浮力产生原理的基础上 ,阐述了三自由度混合磁轴承数字控制系统的工作原理 ,讨论了以定点数字信号处理器TMS32 0LF2 4 0 7为核心的数字控制系统硬件构成及软件设计。控制器控制策略选取抗积分饱和与微分突变的PID控制规律 ,用汇编语言编制了相应的数控软件。基于TDS2 4 0 7EA评估板 ,采用自主编制的数控软件 ,实现了三自由度混合磁轴承稳定工作。研究表明 ,以TMS32 0LF2 4 0 7为核心的数字控制系统不仅能够满足高速磁轴承控制器的要求 ,而且易于实现各种先进的控制策略。

一种三相交流混合磁轴承数学模型与性能分析

提出了一种新型的三相交流二自由度径向混合磁轴承,由嵌入式永磁体提供静态偏置磁通,三相通电线圈产生控制磁通。采用等效磁路法导出了偏置磁通的计算公式,推导了径向悬浮力的数学模型。针对实验样机的性能要求,设计了磁轴承参数,在设计交流磁轴承控制系统基础上,利用Matlab/SIMULINK工具箱构建了仿真系统,对磁轴承的起浮性能、抗干扰等特性进行了仿真。最后用ANSYS8.0电磁场有限元分析软件对磁轴承实验样机的磁路和转子受力性能进行了计算和分析,证明了该设计的正确性。

无轴承电机轴向混合磁轴承自抗扰控制

为了实现无轴承电机轴向混合磁轴承的准确和稳定控制,依据自抗扰控制理论,设计了轴向混合磁轴承自抗扰控制系统,并给出其控制算法和控制结构。根据实验样机参数,利用MATLAB软件环境,构建了仿真系统,针对系统的阶跃响应、转子起浮、抗干扰能力等情况进行了仿真研究和性能分析。仿真试验结果表明,所设计的自抗扰控制系统具有精确度高、响应速度快、抗干扰能力强等特点,满足无轴承电机轴向混合磁轴承的高性能控制要求。

基于气隙磁通边缘效应的轴向混合磁轴承承载力解析计算

为了研究单自由度轴向混合磁轴承轴向主动悬浮和径向被动悬浮的特性,对提出了基于气隙磁通边缘效应的磁轴承承载力解析计算方法。首先建立了轴向混合磁轴承基于气隙磁通边缘效应的磁路模型,利用分割磁场法推导各部分磁通管的磁导,根据其串并联关系,得到磁路的总磁导,由虚位移法推导了轴向力和径向力的解析表达,得到了轴向力与径向力随轴向气隙和径向位移的变化关系,并分析了轴向力与径向力的耦合特性,为磁悬浮系统轴向和径向的解耦控制提供了理论依据。利用有限元方法对轴向力和径向力进行仿真计算,仿真结果与模型计算结果基本吻合。

三自由度混合磁轴承最小二乘向量机逆模辨识与解耦控制

为实现三自由度混合磁轴承高精度非线性解耦控制,提出一种基于最小二乘支持向量机的逆模辨识和解耦控制策略。通过分析逆系统的存在性,利用支持向量机的拟合能力,离线建立初始逆模型,并根据系统输入与模型输出的偏差信息,对初始逆模型进行在线校正,以使其能适应对象的变化;在此基础上,将校正后的逆模型作为前馈控制环节与原系统串联构成伪线性系统,设计PID控制器作为反馈控制环节对磁轴承系统进行复合控制。仿真结果表明逆模型辨识精度高,复合控制效果好。

轴向混合磁轴承工作原理和参数设计

在介绍轴向混合磁轴承结构和工作原理的基础上,阐述了悬浮力的产生机理,用等效磁路法对永磁和励磁混合磁轴承磁路进行了计算,推导出磁轴承吸力方程,导出了磁轴承力/位移系数、力/电流系数和最大承载力的数学表达式,给出了磁轴承气隙磁感应强度、磁极面积、气隙长度、电磁铁参数和永磁体参数等设计和计算方法.

转子磁体永磁偏置混合磁轴承的三维有限元分析

建立了三维磁轴承模型 ,采用三维有限元分析方法 (FEM )分析了转子磁体混合磁轴承转子处于不同位置时的磁场分布及力 -电流关系 ,结合特性曲线阐述了其分布形状形成的原因 ,分析计算并比较了无偏置电流磁轴承、电励磁偏置磁轴承和永磁偏置混合磁轴承这 3种不同磁轴承的力 -电流线性控制特性 .通过分析发现 。

混合磁轴承磁场与磁力解析计算

为克服传统线性近似法的不足,采用积分法计算一种新型混合磁轴承的气隙磁阻,在此基础上得到气隙磁场分布及转子所受磁力的解析解,并将计算结果与线性近似法计算结果进行比较。将上述两种方法对气隙磁场分布的计算结果与有限元计算结果进行对比,结果表明积分法计算结果与有限元计算结果非常吻合,而线性近似法误差较大。线性近似法计算气隙磁阻和磁力的误差大小与转子位移大小和方向有关,尽管磁阻误差较小,但磁力误差在12%以上。积分法可以有效提高气隙磁阻、磁场分布和磁力的计算精度,为磁轴承分析与设计提供有力依据。

一种新型转子磁体永磁偏置混合磁轴承

为了克服现有混合磁轴承具有的缺陷 ,提出一种新型转子磁体永磁偏置混合磁轴承的结构设计方案 ,并用等效磁路法对该混合磁轴承的磁路进行了分析 ,讨论了最大承载力和最大起浮力的计算方法 ,给出了样机混合磁轴承的设计结果并进行了样机试验 .理论分析和样机试验表明这一新型混合磁轴承结构简单 ,性能优良 .

五自由度混合磁轴承结构参数设计与分析

提出一种新型的五自由度混合磁轴承支承高速电机系统,由径向二自由度混合磁轴承、径向—轴向三自由度混合磁轴承和高速电机构成。文中介绍混合磁轴承的结构和工作原理,二自由度混合磁轴承采用轴向充磁的环形永磁体提供偏置磁场,定子采用双片式八极结构,每片定子有四个凸极。三自由混合磁轴承集成径向和轴向磁轴承功能,采用径向充磁的环形永磁体提供径向和轴向偏置磁场。导出磁轴承的数学模型,给出详细的参数设计方法,最后采用Maxwell电磁场有限元分析软件对磁轴承的磁路和主轴受力情况进行分析。理论研究和有限元分析表明,这种五自由度混合磁轴承系统结构参数设计合理。

三自由度双磁极面混合磁轴承参数设计与性能分析

介绍了一种新颖的三自由度双磁极面磁轴承的基本结构和悬浮力产生机理;用等效磁路法对该磁轴承的磁路进行了推算,导出了其径向、轴向悬浮力数学模型,并对数学模型进行了线性化处理,得出了其径向、轴向位移刚度和电流刚度。详细阐述了这种磁轴承气隙磁感应强度、磁极面积、控制线圈安匝数等参数设计方法以及计算过程,给出了实验样机参数。在有限元分析软件ANSOFT中建立了试验样机模型,并用三维有限元法对试验样机的结构和磁路进行了仿真分析;采用MATLAB软件和三维有限元参数化求解方法分别对样机各自由度之间的运动和电磁耦合性进行了分析。研究结果表明,这种磁轴承机械结构和磁路结构正确合理,参数设计方法可行,所设计的样机能够满足性能要求。

计及边缘效应的交流混合磁轴承建模

在混合磁轴承(hybrid magnetic bearing,HMB)建模过程中,通常忽略涡流效应、边缘效应和漏磁等因素,使得悬浮力数学模型精度降低。为了提高模型精度,提出了计及磁极端部边缘效应的混合磁轴承改进模型。该文以交流径向混合磁轴承为例分析其工作原理和磁通分布特性,采用磁场分割法分别求解不同边缘磁通区域的磁导,通过叠加原则获得单个磁极下的总磁导,根据等效磁路法建立径向悬浮力的精确数学模型。实验结果表明:改进前模型计算所得悬浮力与实验所得悬浮力误差接近10%,改进后的数学模型所得悬浮力与实验所得悬浮力误差小于5%。比较结果证明了计及边缘效应能有效提高悬浮力数学模型的精度。

三自由度混合磁轴承转子位移智能自检测

实时精确的位移信息是磁轴承稳定悬浮的前提,位移传感器降低了系统性能,同时增加系统复杂性和成本。研究了一种基于自适应遗传优化支持向量机的三自由度混合磁轴承转子位移智能自检测方法。通过对该磁轴承结构和原理的分析,基于变刚度系数,构建了悬浮力模型;在此基础上,利用最小二乘支持向量机小样本学习特点、通用逼近能力,通过输入输出变量确定和有效样本数据采集,训练得到磁轴承位移自检测模型;针对支持向量机模型参数选取问题,引入自适应遗传算法进行自动寻优;为验证算法的有效性,引入均方误差和绝对误差作为性能指标对模型进行评价;最后通过位移自检测控制仿真和实验研究验证了所提方法具有较高的检测精度,可为磁轴承悬浮控制提供准确的位移信息。

交流径向-轴向六极混合磁轴承结构及其悬浮力特性分析

为降低三极混合磁轴承径向悬浮力的非线性并进一步降低磁轴承的功耗和成本,提出一种交流径向–轴向六极混合磁轴承。首先介绍交流径向?轴向六极混合磁轴承的结构和工作原理,推导其径向、轴向悬浮力的数学模型;其次,根据数学模型重点分析径向悬浮力线性度及耦合特性,利用有限元分析软件分别对其径向、轴向悬浮力进行仿真分析验证,并与三极混合磁轴承作相关参数对比。最后构建实验平台进行悬浮和扰动测试。研究结果表明:交流径向?轴向六极混合磁轴承径向悬浮力模型可等效为线性模型;轴向位移产生的磁阻力能将转子稳定悬浮于轴向平衡位置。