电磁轴承支承的船舶推进轴系纵向振动变刚度控制方法研究

船舶推进轴系纵向非定常激励激发壳体结构振动和辐射噪声,严重影响航行隐蔽性。针对这一问题,结合电磁轴承支承特性主动可控优势,首先提出了一种采用电磁轴承支承的推进轴系结构,然后推导了含推力电磁轴承结构及控制参数的轴系纵向振动频率方程,最后提出了一种基于纵向激励频率的变刚度控制方法。仿真结果表明,在推力电磁轴承可变等效刚度范围内,增大控制器比例系数,可有效提高轴系一阶纵向固有频率,对高阶纵向固有频率影响不大;轴系在不同转速下工作时可以选用不同比例系数,实时调节轴系纵向振动传递特性,有效减小纵向激励向壳体传递。

考虑界面接触的磁悬浮转子高阶模态自激振动抑制研究

在磁悬浮叶轮机械中,叶轮与转子装配界面的接触引入了附加接触刚度,减弱了转子系统模态阻尼,并降低磁悬浮轴承转子系统的性能及稳定性,激发出转子高频模态振动。目前关于磁悬浮轴承系统中接触界面引起的转子高频模态振动的研究相对较少且传统PID控制器无法有效抑制此类振动。为解决上述问题,设计基于柔性转子的H∞鲁棒控制器。首先对考虑界面接触的磁悬浮轴承转子系统进行动力学分析,探究其模态振动特性。之后对磁悬浮轴承转子系统进行扫频试验得到频响曲线,在传统磁悬浮轴承刚性转子系统建模的基础上,基于柔性转子模态理论将转子传递函数模型进行重构,并基于此模型对转子系统扫频曲线进行拟合,得到转子系统的高阶模态参数,最终建立考虑高阶模态特性的被控对象模型,设计H∞鲁棒控制器。试验结果表明,基于柔性转子模型的鲁棒控制器可以对接触界面引起的转子高频模态振动进行有效抑制。

电磁轴承动刚度的自动测量

针对电磁轴承动刚度难以测量的问题，构建了一套简单的刚度测量系统用来自动测量电磁轴承的动刚度。该系统采用电磁轴承的数字控制器、功放、电磁铁作为激振器，电磁轴承的电涡流传感器作为拾振器，自行研制的测量分析系统作为测量分析工具。给出电磁轴承动刚度的测量结果。测量结果表明，该系统能较准确测量电磁轴承的动刚度。此测量系统还可以用于其他轴承刚度的测量，也可用于系统辨识。

电磁轴承的主动控制研究

鉴于磁力轴承本质上是不稳定的，因而引入闭环主动控制后的主动型电磁轴承（简称电磁轴承），就成为人们关注和研究的重点．本文在介绍电磁轴承工作原理的基础上分析和给出了单自由度磁悬浮系统的数学模型及相应的闭环控制方块图．结合一个设计实例，给出了确定控制器参数的稳定范围的方法，并讨论了控制器参数对电磁轴承系统动态参数的影响等．

主动型磁浮轴承的非线性模糊控制

提出的主动型磁浮轴承非线性模糊控制简化了系统结构 。

传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统研究

构建了传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统,建立了基于ADAMS和MATLAB的系统五自由度仿真模型,并进行了联合仿真,分析了系统运行过程中传感器位置的改变对系统动态性能的影响。编写了基于TMS320F28335 DSP的不完全微分PID和模糊PID控制程序,设计了传感器故障诊断方法,通过人为切断某一传感器的方式在试验台上进行了试验验证。研究结果表明,在转子运行过程中,某一传感器失效后,系统仍能安全稳定地运行。

电磁轴承电磁铁单边工作控制方式的实现

由于电磁力与位移及励磁电流的强非线性,使电磁轴承AMB(Active MagneticBearing)系统精确建模比较困难,较高的偏置电流增加了系统的功耗,系统的高刚度与大范围稳定又是一对矛盾体.为此,在建模型时,以电磁力为控制量,将电磁力计算公式、电磁铁及功率放大器集成为电磁力构件,避开了电磁力非线性的影响;在基础电流为0.2 A时,采用电磁轴承单边的工作方式,实现了系统的高刚度;以模糊控制方法解决了系统高刚度与大范围稳定的矛盾.仿真与试验表明:以电磁力构件的方式构造电磁轴承模型有较好的精度,采用单边的工作方式降低了系统的功率损耗,采用模糊控制方法实现了系统大范围稳定小范围内高刚度.

电磁轴承的H_∞鲁棒-模糊控制器设计

电磁力非线性,转子的动态特性复杂性及模型参数不准确是电磁轴承控制器设计不可回避的问题.考虑了电磁轴承气隙、励磁电流、转速、温度对电磁力影响及转子动态性能复杂性和模型参数摄动,结合T-S模糊模型利于解决非线性特点及H∞鲁棒控制方法抑制扰动强鲁棒性特点,设计了H∞鲁棒-模糊电磁轴承控制器.实验表明:采用H∞鲁棒-模糊控制器,电磁轴承系统具有较好的动态性能和鲁棒性能,削弱了电磁力非线性、转子的动态特性及系统参数摄动对系统性能的影响.

控制力矩陀螺高速转子稳定性控制仿真研究

针对航天器姿态控制执行机构磁悬浮控制力矩陀螺的高速大惯量飞轮转子系统的强非线性和由强陀螺效应产生的进动和章动导致系统的失稳问题,提出了模糊控制和传统的PID和交叉解耦控制相结合的方案,对高速转子系统中非线性所导致的问题进行了研究。研究表明,该控制器解决了陀螺效应导致的主动磁轴承-高速大惯量飞轮转子的不稳定性问题,且抑制了噪声对磁轴承稳定性的影响。最后,数值算例证明了该方法的可行性和有效性。

基于模糊控制的磁轴承PID控制算法研究

因磁轴承具有强非线性,单一的PID参数难以实现满意的控制效果。模糊控制具有较佳的鲁棒性、适应性及容错性。结合PID的控制简单、使用方便等优点,设计磁轴承的模糊PID控制算法,实时修正PID控制参数,改善磁轴承的控制效果。通过仿真分析和试验研究,对比模糊PID控制算法和不完全微分PID控制算法的控制效果。研究结果表明:与不完全微分PID控制算法相比,模糊PID控制算法具有更好的控制效果。

基于ADAMS-MATLAB的磁悬浮轴承转子系统联合仿真

建立了磁悬浮轴承转子系统的单自由度和五自由度仿真模型。采用ADAMS和MATLAB2种软件以及传统PID(比例积分微分)、不完全微分PID和模糊自调整PID3种控制方法分别对系统的轴向自由度和五自由度进行了联合仿真,分析了磁悬浮转子系统在限制控制电流和不限控制电流2种情况下转子承受冲击载荷的能力以及在外力作用下的振动情况。根据仿真结果,对传统PID控制、不完全微分PID控制以及模糊自调整PID控制的控制参数进行了优化,并在此基础上对上述3种控制方法的优劣给予了评判,为系统控制策略的选择和优化提供了1种有效的方法。

主动磁力轴承非线性刚度研究

从非线性刚度定义出发推导刚度公式,分析了公式中控制器参数、位移变化速度对刚度的影响,结合一单自由度磁悬浮系统进行仿真.结果表明,采用非线性刚度选择控制器参数可以提高悬浮精度.

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。

主动磁力轴承支承特性的控制研究

建立了单自由度磁力轴承转子系统的动刚度表达方法 ,研究了磁力轴承动刚度的频率特性 ;分析了动刚度与磁力轴承控制参数之间的影响关系。仿真结果表明 ,PID调节器中比例系数。

电磁轴承控制系统参数与刚度、阻尼的关系

针对轴承－转子－控制器组成的主动型电磁轴承系统，分析了其控制系统的稳定性，提出了具有实际意义的三种刚度及阻尼定义．计算机辅助分析提供了分析电磁轴承系统动态性能及复刚度的理论依据．所得结果均和一个五自由度控制磁悬浮轴承系统的实验结果相一致．

磁悬浮系统增益自调整模糊控制器

五自由度磁悬浮轴承控制系统具有实时性要求高、强非线性和难于建立精确数学模型等特点,采用传统的线性PID控制策略时不能根据实际运行状况实现PID参数的在线调整。针对上述问题,选用定点DSP-TMS320F2812为主芯片,设计开发了五自由度磁悬浮轴承系统数字控制器硬件,将传统PID控制与模糊控制相结合设计增益自调整模糊PID控制算法。实验结果表明,设计的磁悬浮轴承系统数字控制器软、硬件性能良好,实现了PID参数的在线自整定,转子能够在6000r/min以下稳定运行。

电磁轴承-转子系统多变量模糊解耦控制算法的推导

在建立了转子高速旋转时电磁轴承系统的模型基础上 ,针对此系统的多变量模型 ,采用了多变量模糊解耦方法进行控制研究。文中推导了有效的降维模糊关系矩阵 ,得出了四输入四输出的多变量模糊系统的输出算法 ,并进一步考虑了加上输入变量导数的情况下算法的推导。

电磁轴承高速电机转子系统的内模-PID控制

PID控制是电磁轴承(AMB)高速电机转子系统最基本的控制算法,但PID参数的整定困难。为了减小PID参数整定的难度,将内模控制(IMC)与PID控制相结合,该文设计IMC-PID控制器,将三个参数的整定问题减少到一个参数。然后,分析该参数对系统的稳定性、抗干扰能力、最大振幅以及临界转速的影响,给出了其选取的原则。最后,分别在单自由度磁悬浮系统和四自由度AMB高速电机转子系统上对IMC-PID控制器进行了仿真,并在AMB高速电机平台上进行试验。仿真和试验结果均表明,IMC-PID控制方法具有良好的控制性能和较强的鲁棒性。

磁悬浮支承振动半主动控制设计与仿真

利用DSP作为控制算法的核心器件,搭建了半主动减振系统,并将其应用于双层隔振系统中。通过调节PID控制器参数,改变电磁力从而获得系统的最佳刚度和阻尼。针对磁悬浮支承双层隔振系统的非线性和工作过程的复杂性,利用Simulink在非线性控制系统领域的仿真优势,建立磁悬浮支承的数学模型,将模糊控制、神经元控制分别和PID控制相结合进行仿真对比,仿真实验表明,神经元PID控制的动态性能和稳定性最佳,为磁悬浮浮筏隔振系统进行变刚度变阻尼控制提供可遵循的依据。

轴向主动磁轴承的模糊自抗扰控制

为了实现轴向主动磁轴承的准确和稳定控制,根据模糊控制理论和自抗扰控制(ADRC)理论,设计了轴向主动磁轴承模糊自抗扰控制系统,采用模糊控制器整定ADRC中非线性控制参数,并且给出了其控制算法和控制系统的结构。利用软件Matlab/Simulink对所设计的控制系统进行了仿真研究,仿真结果表明:所设计的轴向主动磁轴承模糊自抗扰控制系统具有响应速度快、超调量小、抗干扰能力强和鲁棒性好等特点。