车用飞轮电池磁悬浮转子系统的抗振性研究

摘要

飞轮电池是一种新型机电能量转换与储存装置，具有大储能量、高功率、无污染、高效率、长寿命、无噪声等优越的综合性能，被认为是近期最有希望和最有竞争力的储能技术。越来越多的研究表明，飞轮电池是电动汽车或混合动力汽车最理想的动力电池之一。因此，作为飞轮电池的重要组成部分，研究磁悬浮转子系统在车载状态下的抗振性能，直接决定着飞轮电池在汽车这个领域应用前景和命运。
　　 本文首先建立了随机路面激励下车用飞轮电池磁悬浮转子振动系统的数学模型；然后设计了恰当的模糊PID控制器；最后并对其进行数值仿真。结果表明，采用这种控制器的车用飞轮电池磁悬浮转子系统具有较好的抗振性能。主要工作和成果如下：
　　 1．从节约能源、减少功率能耗的角度出发，根据实际要求，设计了一种永磁铁提供偏置磁场，电磁铁只提供平衡负载或外界干扰的动磁场的混合磁力轴承；然后对设计的混合磁力轴承的动特性进行分析，并推导了该磁轴承的电流刚度系数和位移刚度系数。
　　 2．通过分析随机路面的统计特性，采用成形滤波白噪卢的方法建立了路面输入的仿真模型；然后，在对汽车和飞轮电池磁悬浮转子系统的分析和合理简化的基础上，建立了9自由度的车用飞轮电池磁悬浮转子振动系统的数学模型。
　　 3．建立单自由度磁悬浮转子系统的数学模型，分析了系统的稳定性的条件，设计了PID控制系统，在对系统稳定性研究的基础上，择优整定了PID控制器的三参数。考虑到系统的复杂性和PID控制的局限性，在综合分析控制系统与系统刚度阻尼和系统稳定性的关系的基础上，设计了一种理论上更好的模糊PID控制器。最后，建立两种不同控制器下车用飞轮电池磁悬浮转子振动系统的仿真模型，并对其进行仿真及结果对比分析。
　　 通过结果分析可知，采用模糊PID控制的车用飞轮电池磁悬浮转子系统的抗振性能更佳，可做为飞轮电池磁悬浮轴承的参考控制器。本文为进一步研究其抗振性奠定了一定的基础。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 飞轮电池基本知识

1.2 课题的研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 论文主要研究内容和主要创新点

第2章 径向磁力轴承的设计研究

2.1 概述

2.2 径向磁力轴承结构设计

2.2.1 径向磁力轴承类型的选择

2.2.2 基本设计变量的选择

2.2.3 电磁铁定子部分的设计

2.2.4 永磁环部分的设计

2.3 该径向混合磁力轴承的动特性分析

2.4 本章小结

第3章 车用飞轮电池磁悬浮转子振动系统的动力学建模

3.1 概述

3.2 路而模型的建立

3.3 两自由度磁悬浮转子振动系统建模

3.3.1 磁悬浮刚性转子系统模型的分析与简化

3.3.2 磁悬浮转子振动系统建模

3.4 汽车振动系统模型的选择

3.5 9自由度车用飞轮电池磁悬浮转子振动系统的建模

3.6 本章小结

第4章 磁悬浮轴承控制系统的设计

4.1 概述

4.2 单自由度磁悬浮轴承的数学模型

4.3 PID控制器

4.3.1 系统的闭环传递函数

4.3.2 控制器参数的整定

4.4 传统PID控制的局限性

4.5 模糊PID控制器的设计

4.5.1 控制系统原理和结构

4.5.2 输入输出变量的量化

4.5.3 模糊规则的制订和规则表的建立

4.5.4 解模糊化

4.5.5 用图形界面工具建立模糊推理系统

4.6 本章小结

第5章 车用飞轮电池磁悬浮转子系统抗振性仿真分析

5.1 仿真模型的建立

5.1.1 磁力轴承的刚度和阻尼

5.1.2 采用传统PID控制的系统仿真模型

5.1.3 采用模糊PID控制的系统仿真模型

5.2 仿真结果对比与分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果