传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统研究

摘要

随着磁悬浮技术的不断发展，对系统可靠性的要求越来越高。在主动磁悬浮轴承转子系统中，位移传感器的探头被安装在转子附近，因此会经常受到转子高速运行时所产生的振动和空气涡流所带来的温升的考验，工作环境相当恶劣，是整个系统最容易发生故障的部件之一。为了提高磁悬浮轴承转子系统的可靠性，采用传感器冗余设计是一种有效方式。
　　本文利用ADAMS、ANSYS和MATLAB软件建立了磁悬浮轴承柔性转子系统五自由度仿真模型，并采用不完全微分PID和模糊PID控制策略对系统进行了联合仿真，分析了磁悬浮轴承柔性转子系统在起浮阶段和高速旋转状态下传感器位置发生变化时系统的动态特性。另外，本文设计了基于TMS320F28335DSP的数字控制器，编写了模糊PID和不完全微分PID控制算法程序，建立了基于BP神经网络的传感器故障诊断系统和基于信号差值比较的故障诊断系统，并编写了相应的程序。最后设计制作了传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统试验装置，通过人为切断传感器信号线的方式模拟了转子在静态悬浮和高速旋转状态下传感器的失效，研究了传感器失效对系统静态和动态特性的影响。
　　研究结果表明，当切断传感器信号线后，控制器能够准确地诊断出故障传感器，并能及时启动处理方案，其后转子仍然可以维持稳定悬浮和高速旋转。此外，通过对两种控制策略下系统动态性能的比较，验证了本文设计的模糊PID要比不完全微分PID具有更好的控制效果。

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图表清单

注释表

第一章 绪 论

1.1 磁悬浮轴承技术的发展概况

1.2虚拟样机技术的发展

1.3磁悬浮轴承领域冗余技术的研究现状

1.4传感器故障诊断技术的研究方法

1.5 论文的研究意义和研究内容

第二章 磁悬浮轴承转子系统的结构与组成

2.1 系统的工作原理

2.2 系统的机械结构与组成

2.3 控制系统

2.4 传感器冗余设计

2.5 本章小结

第三章 磁悬浮轴承转子系统的联合仿真

3.1建立磁悬浮轴承系统的仿真模型

3.2 建立虚拟样机控制系统

3.3 联合仿真

3.4 本章小结

第四章 传感器冗余的磁悬浮轴承控制系统

4.1数字控制器硬件简介

4.2控制器软件设计

4.3基于BP神经网络的传感器故障诊断

4.4本章小结

第五章 传感器冗余的磁悬浮轴承转子系统试验研究

5.1试验系统

5.2静态悬浮试验

5.3 系统高速旋转试验

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1主要工作和结论

6.2 进一步的展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文