磁悬浮轴承中冗余位移传感器测量模型与误差修正研究

摘要

磁悬浮轴承依靠可控电磁力将转子悬浮在设定位置，具有无机械接触、无摩擦、无磨损等优点，是机床主轴、磁悬浮多电发动机等关键装备中高性能转子系统的理想支承方式。随着对装备可靠性要求的不断提高，磁悬浮轴承的可靠性问题成为了目前磁悬浮轴承技术的研究重点。
　　磁悬浮轴承依赖闭环控制实现其性能，位移传感器是闭环控制中的关键部件。若位移传感器出现故障，轴承系统将失去该传感器所在自由度的稳定条件，从而导致转子失稳。采用冗余传感器技术可显著提高磁悬浮轴承系统的可靠性；但在冗余位移传感器使用过程中，常常由于不理想的传感器布局与装配，给控制系统引入测量误差，直接影响了磁悬浮轴承系统的控制精度与可靠性。
　　本文开展了针对磁悬浮轴承冗余传感器技术的研究，首先分析了磁悬浮轴承系统的机械、控制结构，建立不同安装角度参数下的传感器测量模型；然后分析了不同的误差因素，如磁悬浮轴承支架倾斜、传感器安装倾斜、传感器检测中心与机械中心不重合等所导致的误差形式，分析了上述因素对磁悬浮轴承转子位移检测精度的影响机理；再次，建立了含冗余传感器的磁悬浮轴承控制系统，对控制系统中各单元进行建模，并基于Matlab-simulink平台进行了误差修正的仿真分析；最后，提出了离线迭代方法，进行了冗余位置传感器坐标变换实验验证，实验结果表明，冗余位移传感器产生的测量误差可能导致磁悬浮轴承控制系统精度降低甚至失控，而本文讨论的方法能有效降低不理想的传感器布局与装配对转子控制精度与稳定性的影响。
　　本文创新点在于：（1）建立了冗余传感器结构下的磁悬浮轴承系统策略模型，并分析了不同的误差因素下测量误差的形成机理，以及修正策略，进行了仿真验证；（2）提出了离线迭代方法，来修正不理想传感器布局与装配所导致的测量误差。
　　本文研究能提高冗余传感器安装下的位置测量精度，对于冗余传感器技术在磁悬浮轴承中的应用提供支撑，对于提高磁悬浮轴承在高性能装备中的应用可靠性具有意义。

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第1章 绪论

1.1 研究的目的与意义

1.2 磁悬浮轴承系统测量误差研究现状

1.3 位移传感器冗余技术研究现状

1.4 论文的主要内容安排

1.5 论文的课题支撑

第2章 磁悬浮轴承中冗余位移传感器测量模型

2.1 磁悬浮轴承系统结构

2.2 位移传感器角度安装测量模型

2.3 位移传感器冗余设计

2.4 基于坐标转换的冗余位移传感器测量模型

2.5 本章小结

第3章 磁悬浮轴承中冗余位移传感器测量误差研究

3.1 不同形式的测量误差

3.2 测量误差对磁悬浮轴承控制系统的影响机理

3.3 本章小结

第4章 基于冗余位移传感器的误差修正与实验研究

4. 1误差修正的实验平台

4.2 传感器冗余的磁悬浮轴承控制系统仿真模型

4.3 误差修正研究

4.4 基于冗余位移传感器的误差修正仿真分析

4.5 基于冗余位移传感器的误差修正实验

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果