轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

摘要

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承(ARHMB)的涡流损耗并增加轴向磁力,提出轴向采用软磁复合材料(SMCs)制备的推力轴承,在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密,径向采用叠片结构.首先,基于动态磁通分布及等效磁路法,建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型;其次,对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响;最后,采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究.研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽,在高频条件下具有更好的动态特性;考虑交叉耦合效应时,SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大,不可忽略;对于低带宽工作的碳钢轴承,交叉耦合效应不明显;电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0,具有良好的控制特性.