基于光铰链的主动磁轴承系统的建模与分析

摘要

主动磁轴承由于无接触、无润滑、无磨损、无噪声、精度高、寿命长等优点越来越受到重视.本文提及的光铰链是一个大动作范围、高精度系统,其传动主轴的支承轴承对该系统的精度影响很大,因此,主轴支承轴承的合理选择对提高光铰链的精度至关重要,所选轴承既能使光铰链实现大角度范围的动作,又能使其具有相当高的精度.为此,本文就引入了主动磁轴承,主要进行了基于光铰链的主动磁轴承系统的建模与分析,这为主动磁轴承系统在光铰链系统中的应用研究奠定了理论基础.本文首先建立了单自由度主动磁轴承系统和二单自由度主动磁轴承系统的数学模型;在此基础上,建立了单自由度主动磁轴承系统的PID控制模型,并分别进行了在基础脉冲干扰下和转子参数摄动下PID控制的阶跃响应仿真,以及在基础正弦干扰信号作用下的转子起浮仿真;此外,又进行了主动磁轴承的神经网络控制仿真,仿真结果表明:对于很复杂的非线性系统,神经网络控制优于传统的PID控制;最后,分析了在PID控制下,转子的位移误差对光铰链光束稳定性的影响,分析表明:主动磁轴承转子的位移误差对光铰链光束稳定性的影响极小,因此,主动磁轴承可保证光铰链系统具有相当高的精度.

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第一章绪论

1.1 X-Y轴型光铰链概述

1.2主动磁轴承概述

1.2.1主动磁轴承的发展状况

1.2.2主动磁轴承的优点

1.2.3主动磁轴承的研究趋势

1.3本课题的研究意义和主要工作内容

第二章主动磁轴承的数学模型

2.1主动磁轴承的工作原理及组成

2.2主动磁轴承的结构

2.2.1主动磁轴承的总体结构

2.2.2径向磁轴承的结构形式

2.2.3轴向磁轴承的结构形式

2.2.4径向磁轴承的结构参数

2.3转子的数学模型

2.3.1电磁力的分析

2.3.2单自由度转子的数学模型

2.3.3二自由度转子的数学模型

第三章主动磁轴承的PID控制

3.1转子系统分析

3.2 PID控制

3.3单自由度主动磁轴承PID控制器模型的建立

3.4 PID控制器的设计

3.4.1主动磁轴承系统对PID控制器的要求

3.4.2 PID控制器

第四章主动磁轴承的神经网络控制

4.1神经网络控制的引入

4.2神经网络简介

4.2.1神经网络控制的基本思想

4.2.2神经网络的主要特点

4.2.3神经网络在控制中的主要作用

4.3神经网络控制器

4.3.1神经网络控制系统的特点

4.3.2神经网络控制器的设计

第五章光铰链的主动磁轴承的建模仿真分析

5.1 MATLAB概述

5.2主动磁轴承的PID控制仿真

5.2.1加基础脉冲干扰下的阶跃响应仿真

5.2.2磁轴承系统参数摄动下的阶跃响应仿真

5.2.3基础干扰信号作用下转子的动态位移浮动响应仿真

5.3主动磁轴承的神经网络控制仿真

5.4转子位移误差对光铰链光束稳定性的影响分析

5.4.1干扰信号对反射光束平行误差的影响

5.4.2干扰信号对PSD光斑位置误差的影响

第六章总结与展望

6.1论文工作总结

6.2研究工作展望

致 谢

参考文献

作者在读期间的研究成果