无轴承薄片电机二维被动悬浮特性

为了研究无轴承薄片电机的被动悬浮特性,通过2D磁路分析的方法,建立了非永磁薄片电机的2D轴向悬浮力模型和回复力矩模型,并进行了有限元仿真验证。直接采用有限元分析的方法,得出了永磁薄片电机的被动悬浮力与电机各参量之间的关系。结果表明:电机的轴向悬浮力基本与轴向偏移、电机半径成线性关系,但与电机的轴向长度无明显关系,且气隙磁密越大悬浮力越大;电机的回复力矩随扭转角度增长而增长,电机的长径比较大、等效气隙较小时将难以产生回复力矩,回复力矩随着电机的轴向长度增加而增加,达到最大值后逐渐下降直至反向。

永磁式磁轴承的被动悬浮和主动悬浮问题研究

以磁轴承为研究对象 ,在论述磁轴承结构特点的基础上 ,介绍了该磁轴承试验模型的工作原理和系统组成 ,推导了其动力学模型。最后对磁轴承的被动悬浮特性进行了分析 ,对其主动悬浮控制系统进行了设计 ,给出了实验结果。

无轴承薄片电机系统被动悬浮特性的研究

以应用于超洁净领域的新型无轴承薄片电机为研究对象。首先运用刚体动力学和陀螺力学原理,建立了无轴承薄片电机系统被动悬浮(即轴向扭转方向上)两自由度的转子动力学模型,然后采用Matlab软件的Simulink模块对所建模型进行了动力学仿真分析,研究了系统在不同阻尼情况、不同扭转力拒函数以及不同刚度和阻尼系数下被动悬浮的稳定性,结论是当回复扭矩与扭转角呈三次方关系时的流体阻尼情况下,系统稳定性最佳,而后给出扭转刚度系数和阻尼刚度系数的稳定域。其结果为被动悬浮的可实现性提供了理论保证,对电机本体的设计和优化具有指导意义,有利于无轴承薄片电机的推广应用。

主被动磁悬浮转子的不平衡振动自适应控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。

主被动磁悬浮高速转子系统的自动平衡控制

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。

一种新型被动磁悬浮轴承的研究

提出一种新型被动径向磁悬浮轴承,它是由盘状转子和定子两大构件组成,在定子上布置着永磁体以便形成沿径向的不均匀磁场,在转子上沿圆周均匀布置了几个导体环以便它在磁场中运动时借助电磁作用,迫使转子始终在其预定中心处运转。论述了这种轴承的工作原理,详细地分析了导体环所受的电磁作用,推导出转子所受电磁力的计算公式,并求出了这种轴承的最优导体环数以及系统稳定性。

基于α阶逆系统的两自由度主被动磁悬浮转子解耦控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)磁轴承两径向平动自由度之间存在较强耦合的问题,提出采用α阶逆系统方法对主被动磁轴承系统进行解耦控制。首先,根据主被动磁轴承的结构特点,建立了主被动磁悬浮转子径向通道平动力模型以及动力学模型;利用上述模型分析了两径向自由度之间的耦合特性,并对系统进行可逆性分析,得到了原磁轴承系统的α阶逆系统模型。然后,将原系统与α阶逆系统组合得到二阶积分线性系统,利用最优控制器实现闭环控制。最后,对本文方法进行了仿真及实验。结果表明,当x向有40μm位移阶跃和18μm幅值的正弦干扰时,利用本文方法可将y向位移跳动控制在PID控制方法的13.6%和17.9%,实现了主被动磁悬浮转子两径向平动通道之间的解耦控制。

主被动磁悬浮飞轮被动磁轴承轴向力分析计算

现有的全主动磁悬浮飞轮功耗较高,控制系统复杂,难以满足微纳卫星对小体积、低功耗和长寿命的需求。提出了一种新型的主被动磁悬浮飞轮,采用吸力型轴向被动磁轴承实现了三自由度被动悬浮支承,有效降低了系统的功耗、体积和重量,使飞轮具有了长寿命、低成本和高可靠的优点。采用等效磁荷法建立了吸力型轴向被动磁轴承的电磁力数学模型,基于计算结果,利用有限元仿真分析了轴向力随位移的变化规律,表明了吸力型轴向被动磁轴承可支撑飞轮转子轴向的稳定悬浮。

磁悬浮主被动飞轮和被动磁轴承轴向力设计分析

针对现有商业卫星用磁悬浮飞轮存在发射成本高、体积大、重量大、功耗大、结构复杂和控制难度大等缺陷,提出了采用三自由度自稳定被动磁轴承代替原有磁轴承方案的磁悬浮主被动飞轮。分别介绍了飞轮和被动磁轴承结构、工作原理;通过等效磁荷法对被动磁轴承轴向力和轴向力刚度进行了数学建模;采用数值分析法,对被动磁轴承不同高宽比和气隙宽度的轴向力-位移曲线进行分析比较,并基于工程实际,选用高宽比为2和气隙宽度为1 mm的被动磁轴承模型;采用有限元法,对飞轮在仅轴向偏移、径向偏移扰动、径向扭转扰动和同时发生径向偏移扰动与径向扭转扰动4种工作状态下的轴向力自稳定性进行了分析。结果表明,轴向自稳定性满足性能需求,该自稳定被动磁轴承为商业航天卫星的磁悬浮飞轮的性能提升与成本降低提供了新的思路。

混合磁悬浮轴承转子系统的仿真分析

通过ANSYS对UG中所建立的转子的三维实体模型进行有限元分析,生成了柔性转子的模态中性文件,将其导入ADAMS中分别建立了轴向永磁、径向四自由度电磁悬浮和轴、径向三自由度永磁、其余两径向自由度电磁悬浮的五自由度混合磁悬浮轴承柔性转子系统模型,采用基于接口的方法在MATLAB和ADAMS环境下对系统进行了起浮和旋转联合仿真,并根据仿真结果对设计参数进行了优化,可为混合磁悬浮轴承转子系统的设计与研究提供参考。

磁浮飞轮试验模型的研究

磁浮飞轮是采用磁轴承支承的卫星姿态控制执行机构。本文在综述磁轴承特点的基础上，介绍了本磁轴承飞轮试验模型的工作原理，推导了其动力学模型。给出了磁轴承设计中的关键参数：轴向不平衡刚度、径向恢复刚度、旋转刚度的计算方法。最后对磁轴承的被动悬浮特性进行了分析，对其主动悬浮控制系统进行了设计，给出了实验结果。本文中所涉及的问题对其它依靠磁力支承装置的设计有参考价值。

用于飞轮电池的电动磁力轴承的研究

针对飞轮电池目前存在的主要问题 ,如价格和可靠性 ,提出了一种新型被动磁悬浮支承系统 ,系统由轴向永磁磁力轴承和径向电动磁力轴承两部分构成 .从电动磁力轴承的悬浮机理出发 ,分析转子在特定磁场下运动时的电磁力 ,建立了转子的状态方程 ,继而导出稳定运转条件 。

电磁轴承的分析与设计

电磁轴承是一种新型被动磁悬浮轴承 ,它主要用于经济型飞轮电池上。本文将从电磁轴承的基本理论入手 ,先分析导体环所受的电磁力 ,再分析转子的受力并建立系统的运动方程 ,然后分析系统的稳定性 。

基于TMS320C31+FPGA数字控制器的主被动磁悬浮飞轮一体化控制

针对轴向三自由度被动、径向两自由度主动控制的主被动磁悬浮飞轮的低功耗、高可靠、一体化需求,对其控制器进行了一体化设计。首先,建立了主动磁轴承的数学模型,并选择合适的控制策略。在此基础上,提出一种以DSP+FPGA为核心,包含信号调理、外部存储、驱动及功放模块的一体化集成数字控制系统,并对其进行实验验证。实验结果表明,飞轮在静态悬浮时,转子径向跳动量为70 mV左右,约为保护间隙(峰-峰值约8 V)8.7%;加速至额定转速时,转子跳动量为1.2 V左右,约为保护间隙的15%左右,磁悬浮飞轮以额定转速工作时磁轴承系统功耗为5.5 W,满足飞轮性能要求。