无轴承薄片电机转子动力学及稳定性的分析

摘要

超洁净驱动技术是随着现代科学技术的进步而发展的一种高密封性、超洁净性、无交叉污染的绿色驱动技术，已被广泛应用于生物制药、医疗机械、化工、生命科学、核废料处理等超洁净领域。无轴承薄片电机继承了无轴承电机的所有优点，同时由于省去了轴向磁轴承，密封性能好。可以说直到无轴承薄片电机的出现，才真正将磁悬浮技术融合到了超洁净领域中。 国外，虽然无轴承薄片电机已经进入了工业化应用阶段，但电机系统在高速运行状态下的稳定性差以及抗干扰能力等问题，已经严重的制约了该技术的进一步推广和应用。对于高速运行下的无轴承薄片电机系统，其转子动力学性能的分析和设计很大程度上影响着整个系统的运行性能。以应用于人工心脏血泵的电机系统为例，转子系统的稳定性直接影响使用者的生命安全，因此对本课题的研究具有很重要的理论和实际意义。 本文运用刚体动力学和陀螺力学原理，建立系统被动悬浮转子动力学模型，研究了在不同阻尼、不同函数以及不同参数下系统的稳定性。 为一台无轴承交替极薄片电机设计H∞鲁棒控制器并进行仿真，研究控制器对外扰和模型不确定性的抑制作用，并与经典频域法中的PID 控制器的控制效果进行对比分析，考虑了实际电流幅值为仿真模型增加电流限幅，分析电流限幅对系统悬浮特性的影响。 本文还利用dSPACE 实时仿真系统实现了采用PID 控制器的无轴承交替极薄片电机的静止悬浮。