磁轴承

摘要： 因磁轴承具有强非线性,单一的PID参数难以实现满意的控制效果。模糊控制具有较佳的鲁棒性、适应性及容错性。结合PID的控制简单、使用方便等优点,设计磁轴承的模糊PID控制算法,实时修正PID控制参数,改善磁轴承的控制效果。通过仿真分析和试验研究,对比模糊PID控制算法和不完全微分PID控制算法的控制效果。研究结果表明:与不完全微分PID控制算法相比,模糊PID控制算法具有更好的控制效果。

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.

摘要： 为减少六极径向-轴向混合磁轴承(radial-axial hybrid magnetic bearing,RAHBM)高速下转子产生的损耗,提出了一种部分叠片的转子结构.首先,用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型,依据该模型设计磁轴承结构参数,对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析,选择叠片深度最优值;然后,在有限元仿真软件中设定转子转速为50 000 r/min,向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流,分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗;最后,对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真.研究结果表明:在产生最大承载力条件下,部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%,虽然轴向承载力减小了14.7%,但仍能够满足设计要求;部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.

摘要： 针对磁悬浮飞轮储能中同频扰动抑制问题,建立了磁轴承转子系统数学模型,讨论了以电磁力作为控制量进行控制器设计的可行性和优越性,并从系统能量函数角度出发,提出了一种以电磁力作为控制量的集中式同频扰动抑制算法。在以电磁力作为控制量的基础上,将线性扩张状态观测器与集中式四自由度状态反馈控制器相结合,并通过李雅普诺夫定理验证了系统稳定性,使得控制算法能够对同频扰动进行主动观测和补偿。仿真结果表明该算法在宽转速范围内对于同频扰动的抑制具有明显效果。

摘要： 本文针对磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用,首先简要阐述国内外磁轴承的研究应用发展和当前技术能力。随着磁轴承技术的发展和对船舶推进轴系振动控制的迫切需求,磁轴承应用于船舶推进轴系的振动控制成为可能。随后阐述磁轴承应用于船舶推进轴系振动控制的技术现状和技术优势,并介绍磁轴承轴系台架振动控制效果的试验验证。最后总结当前磁轴承在船舶推进轴系振动控制中的应用水平,并提出磁轴承进一步发展的重点方向。

摘要： 针对航空发动机磁轴承转子系统在高速运行时的振动问题,通过分析转子自身不平衡引起的同频振动、电机干扰产生的倍频振动、结构模态振动等多种振动,设计了一种基于LMS算法的自适应滤波器。滤波器加入控制系统的反馈环节,对同频、倍频振动进行滤波处理,并且能在模态频率处切换至自适应同频信号放大器抑制模态振动。通过采用波特图、定频点分析、数值仿真等方法,证明了滤波器能有效地完成对磁轴承转子系统的自适应频率跟踪振动抑制和模态振动抑制;根据FPGA的硬件架构特点,采用一种3级量化策略的符号类LMS算法,构建了基于FPGA的实时自适应滤波器模块,并进行了自适应振动抑制试验。结果表明:基于FPGA的自适应滤波器对特定频率成分的抑制效果达到80%以上。

摘要： 借助有限元方法分析主动式磁轴承的极靴形状及尺寸对轴承出力及电磁损耗的影响,结果表明:修正戟形极靴可改善轴承出力及铁芯损耗。极靴磁密未饱和时,增大电磁出力。极靴磁密饱和时,减小铁芯损耗。为后续磁轴承局部尺寸的优化设计奠定基础。

摘要： 针对传统磁轴承位移传感器结构复杂、适装性差、存在检测位置与执行器错位,而位移自传感方法鲁棒性、实用性差等问题,该文提出一种基于探测线圈的磁轴承位移检测方法,通过在磁轴承磁极上布置探测线圈可实现定转子相对位移测量.首先,建立等效电路模型,并通过Simulink仿真,证明模型正确性;其次,提出差动检测方案,并通过半桥检测电路将相对位移变化转换为电桥输出电压变化,提高了位移检测灵敏度与线性度;最后,在搭建的试验平台上对该传感器进行静态性能测试,当定转子相对位移在±0.3mm范围内变化时,位移检测灵敏度为1.2mV/μm,位移检测分辨率约为7μm,验证了基于探测线圈磁轴承定转子相对位移检测的可行性.该方法结构简单、鲁棒性好,为实现紧凑可靠的磁轴承位移测量奠定了基础.

摘要： 为解决单一PID控制时参数不可调、动态性能较差等问题,开发了BPPID控制算法.利用BP神经网络具有自学习和适应性强的特点,动态实时调整PID控制参数,改善磁轴承控制效果.通过仿真分析和试验研究,对比了BPPID控制算法和不完全微分PID控制算法的控制效果.研究结果表明,与不完全微分PID控制算法相比,BPPID控制算法具有较强的适应能力和良好的动态性能,在额定转速下转子振动量减小.

摘要： 针对三极磁轴承结构不对称及其三相电流之和必须为零的限制所导致的悬浮力和控制电流之间存在非线性、强耦合的问题,本文提出了在空间上对称分布的六极磁轴承,并对其结构原理及性能展开研究.首先,介绍了逆变器驱动式六极径向-轴向混合磁轴承的结构和工作原理,采用等效磁路法推导出数学模型;其次,通过理论分析和有限元仿真分别得出三极结构与六极结构的力-电流特性、最大承载力,并对结果进行对比分析;最后,实验研究表明:相比于三极结构,六极结构的悬浮力和控制电流之间的非线性得到了明显的改善,最大承载力提高16％,验证了理论分析的正确性.

摘要： 针对磁悬浮控制敏感陀螺用经典的矩形磁钢洛伦兹力磁轴承存在明显的磁场边缘效应与周向磁密波动的缺点,通过比较三种洛伦兹力磁轴承方案,得到了较优的隐式方案.考虑磁钢充磁长度和磁钢气隙侧顶角两个关键结构参数对气隙磁密的影响,采用三维有限元法对磁轴承进行详细设计.最终设计结果表明,在相同的空间尺寸下,隐式方案纵向/周向磁密变化率分别为4.94％和0.8％,优于显式方案的20.6％和11.6％.本文所提出的洛伦兹力磁轴承方案,对提高磁悬浮控制敏感陀螺控制力矩精度和敏感精度具有重要意义.

摘要： 本文在介绍电磁轴承用电流型开关功放工作原理的基础上,首先指出母线电压对电流响应速度和控制力响应速度的影响,然后以H桥电路结构为功率主电路,在Simulink环境下,依据实际的磁轴承参数和电路参数,搭建了磁轴承电流型开关功放的仿真模型,进行了电流跟踪特性仿真及带宽估算,验证了理论分析的正确性;最后基于磁悬浮轴承平台进行了实验,实验结果与仿真结果一致.

摘要： 现有的主动磁轴承(AMB)一般工作在磁性材料磁感应强度的线性区域,因此没能充分利用其支承力.为了提高对AMB承载力的利用,从而提升AMB系统的性能,本文设计了一种线性控制器,这个控制器能够让AMB在其磁感应强度的非线性区域内安全运行,从而提高系统的性能.首先建立AMB电磁力的非线性响应模型,将这个非线性曲线放置在由两条折线组成的扇形区域里.根据这两条折线中的各个线段,通过求解LMI优化问题确定系统所能承受的最大外界扰动.针对给定的在最大可承受扰动范围之内的一个扰动范围,再通过求解LMI优化问题设计具有最强抑制干扰能力的控制器.最后,通过仿真验证控制设计的有效性.

摘要： 磁轴承控制技术的不断发展,磁轴承控制精度和高稳定度等要求的不断提高,对磁轴承控制器的运算能力以及数据处理方式提出了新的要求.本文基于这种需求环境下,提出并研制一种基于多核DSP的磁轴承控制器,为先进磁轴承控制算法研究提供了高速的并行数据处理环境;然后通过合理的软件框架设计,实现多核DSP各核之间的合理任务分配,最后实现了基于多核DSP的磁轴承控制器稳定运行.

摘要： 磁悬浮电机是一种高速高功率密度电机,其转轴的五自由度悬浮大多数仍采用分散PID的控制方法和平衡点线性化的数学模型,虽然结构简单,系统易于实现,但没有考虑各自由度间耦合、忽略了磁导体的磁阻、漏磁等影响以及实际加工误差和非线性的存在.电机磁轴承PID控制参数的整定也基本依靠基于线性化模型的计算仿真及起浮调试中经验微调,难以进行参数的实际优化.本文利用磁悬浮电机实验平台,通过整定磁轴承PID控制参数实现了转轴的5自由度稳定悬浮,然后随机选取径向磁轴承B的Y方向进行辨识实验建立了其控制系统被控对象的BP神经网络模型,并采用Simulink进行PID参数优化及不同工况下的控制仿真对比.仿真结果表明优化参数系统性能更好,全文为磁轴承的PID参数优化提供了一种方法.

摘要： 针对多电发动机用磁轴承柔性转子过临界转速的关键技术难题,开展了过临界转速磁轴承控制的研究.重点介绍了带有相位补偿的PID控制算法,相位补偿算法在过临界转速控制中起到了关键作用.文中对磁轴承系统,控制器硬件,软件及算法等进行了介绍,最后开展了验证试验.通过试验验证,控制系统采用合适的补偿参数后能够使得磁轴承柔性转子稳定通过临界转速28800r/min,最高运行转速38500r/min.

摘要： 风能作为一种新型、清洁型、可再生能源,在生态环境恶化日趋严重的当今世界,被受到越来越多的关注.随着中国农村电网承载量越来越大,农用风力发电系统作为有效补充进入了中国农村的供电系统,将磁轴承用于风力发电能够降低风机的起动风速、减少摩擦、降低噪音和增长使用寿命.本文提出一种新型五自由度磁轴承,可以实现径向四个自由度和轴向一个自由度的稳定悬浮.本文在介绍该新型磁轴承工作原理的基础上,运用磁路分析法对磁轴承进行磁路分析,推导磁轴承刚性转子系统的运动方程.最后,利用有限元分析软件对磁轴承磁路进行验证,理论研究和有限元分析结果表明,基于磁路分析法建立的模型是正确合理的,达到了预期的效果.

摘要： H∞控制是一种具有高鲁棒性和强控制力的设计方法,尤其适用于具有模型干扰的多输入多输出(MIMO)系统.经过数十年的发展,H∞控制已经发展成一个完整的鲁棒控制理论体系.理论和实践表明,H∞控制相比传统控制方法有诸多优点,例如控制的稳定性和有效性;将H∞控制与其他方法结合也是一种控制新趋势.本文对H∞控制的理论、应用以及与其他方法的对比和结合进行了综述.

摘要： 磁悬浮高速电机转速高,结构较为复杂,其支承刚度和阻尼具有闭环系统主动控制特性,因此对其转子动力学行为的准确分析较为困难.本文基于转子动力学和主动控制电磁轴承的基础理论,利用能够把控制系统的传递函数直接加到支承模型中的转子动力学分析和轴承分析软件MADYN2000,针对实验室已有的12000rpm、2kW磁悬浮高速电机转子系统进行建模,根据PID控制方法设计了磁轴承的控制器,并对转子模态振型及其临界转速、稳定性、敏感性、鲁棒性及稳态不平衡响应等转子动力学特征进行了分析,获得了较为准确的临界频率计算结果.进一步分析表明,电机转子是刚性转子,转子带盘运动时控制难度更大.

摘要： 导磁环是专用设备磁轴承的一个重要零部件,与永磁体组件相配合,在一定的工作间隙下产生相应的磁拉力,对专用设备产生轴向的卸载作用,对机器的运行起重要作用.现有导磁环磁拉力检测装置,校准过程繁琐,检测效率低.针对这一问题,基于三维制图软件CAXA,快速准确的设计一种新型导磁环磁拉力检测装置.新型检测装置改进了支架组件、芯轴组件、工件定位组件等机械结构设计,使得安装调整更方便快捷;采用新型高精度传感器及显示器,使得测量更快速准确.检测试验表明,使用新型检测装置检测,测量数值在稳定范围内,降低了校准频率,使得批量生产时,可以快速测量导磁环的磁拉力.

摘要： 副定子磁极面(64)包括交替设置的、第一定子面(65)和第二定子面(66)。副转子磁极面(53)包括交替设置的、第一转子面(54)和第二转子面(55)。将在转子径向上彼此相对的第一定子面(65)和第一转子面(54)的对数设为Nr，且将在转子轴向上彼此相对的第二定子面(66)和第二转子面(55)的对数设为Nt，则Nr≥1且Nt≥2成立、或者Nr≥2且Nt≥1成立。

摘要： 本发明涉及一种用于补偿由于扰动力在转子上的作用而在主动磁轴承的转子中引起的至少一个低频机械扰动振荡的方法。该机械扰动振荡具有在转子的旋转频率以下的扰动振荡频率。该方法包括以下步骤：a）分析低频机械扰动振荡，b）确定用于在转子中产生抵消机械扰动振荡的机械补偿力的补偿力，以及c）向转子施加补偿力，其中，借助于被从磁轴承控制电路解耦的主动磁轴承的至少一个补偿控制电路来执行步骤a）、b）和c）。

摘要： 推力磁轴承(50)包括具有线圈(71)的定子(59)、以及转子(51)。定子(59)具有主定子磁极面(64)和副定子磁极面(70)。转子(51)具有与主定子磁极面(64)相对的主转子磁极面(52)、以及与副定子磁极面(70)相对的副转子磁极面(58)。当转子(51)沿径向位移时，在主定子磁极面(64)与主转子磁极面(52)之间作用于转子(51)的径向力沿着与位移的方向相反的方向增加。其结果是，在推力磁轴承中，对转子的径向位置的控制性提高。

摘要： 本公开提供了一种径向磁轴承的设计方法、径向磁轴承。径向磁轴承的设计方法包括：根据径向磁轴承的设计参数，确定径向磁轴承的定子绕组中偏置绕组的匝数和控制绕组的匝数包括：根据径向磁轴承的第一设计参数确定定子绕组的总匝数，根据径向磁轴承的第二设计参数和径向磁轴承的定子铁芯的磁化性能参数，确定偏置绕组的匝数，基于定子绕组的总匝数与偏置绕组的匝数计算控制绕组的匝数；在径向磁轴承的定子铁芯上，根据偏置绕组的匝数和控制绕组的匝数分别进行绕制，形成相互独立的控制绕组和偏置绕组。基于本公开提供的径向磁轴承的设计方法所设计的径向磁轴承，不仅能够实现快速动态响应，还能够保证径向磁轴承在使用过程中的控制精度。

摘要： 本申请提供一种径向磁轴承定子的绕线方法、径向磁轴承定子及径向磁轴承。该径向磁轴承定子的绕线方法包括：S110，将第一成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第一定子齿部上；S120，将第二成型定子绕组沿径向朝外套设在定子铁芯的第二定子齿部上；S130，使得第一成型定子绕组的第一绕线与所述第二成型定子绕组的第二绕线串联；其中，所述第一定子齿部与所述第二定子齿部相邻，并且在其间形成定子槽部；且第一成型定子绕组的绕线量大于第二成型定子绕组的绕线量。根据本申请的径向磁轴承定子的绕线方法及由其制成的径向磁轴承定子与径向磁轴承，能够达成更高的槽满率，在不增加定子尺寸且维持低成本的同时，提高了磁轴承的工作效率。

摘要： 本发明公开了一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构，磁轴承座的内腔壁上设有定位凸台，且定位凸台的左端面为径向磁轴承定位面，右端面为推力磁轴承定位面，径向磁轴承置于磁轴承座内，径向磁轴承固定环将径向磁轴承轴向定位于磁轴承座内，两推力磁轴承相隔一定间隙设于磁轴承座内，隔圈置于两推力磁轴承之间，内侧的推力磁轴承抵触于定位凸台的推力磁轴承定位面上，推力磁轴承固定环将推力磁轴承轴向定位于磁轴承座内，径向磁轴承与内侧的推力磁轴承之间形成有散热腔；在磁轴承座的圆周方向均布有若干散热孔。冷却空气的通道截面积不再受制于推力磁轴承的磁路限制，可以根据实际需求确定尺寸。

摘要： 本发明涉及一种用于补偿由于扰动力在转子上的作用而在主动磁轴承的转子中引起的至少一个低频机械扰动振荡的方法。该机械扰动振荡具有在转子的旋转频率以下的扰动振荡频率。该方法包括以下步骤：a）分析低频机械扰动振荡，b）确定用于在转子中产生抵消机械扰动振荡的机械补偿力的补偿力，以及c）向转子施加补偿力，其中，借助于被从磁轴承控制电路解耦的主动磁轴承的至少一个补偿控制电路来执行步骤a）、b）和c）。

摘要： 本发明提供了一种磁轴承的零偏置控制方法、装置及磁轴承，所述方法包括：根据磁轴承转子的位置检测信息和预设位置信息得到预期轴承力；根据所述磁轴承上多个电磁铁的属性信息、预期轴承力和约束条件确定转子受力模型；求解所述转子受力模型得到所述多个电磁铁中用于提供磁场力的目标电磁铁及对应的控制电流，将所述控制电流输出对应的目标电磁铁中以使目标电磁铁对所述转子形成的磁场力合成为所述预期轴承力，本发明可解决现有技术中磁轴承需要设置定常偏置电流对转子进行反馈控制的问题。

摘要： 本公开提供了一种径向磁轴承的设计方法、径向磁轴承。径向磁轴承的设计方法包括：根据径向磁轴承的设计参数，确定径向磁轴承的定子绕组中偏置绕组的匝数和控制绕组的匝数包括：根据径向磁轴承的第一设计参数确定定子绕组的总匝数，根据径向磁轴承的第二设计参数和径向磁轴承的定子铁芯的磁化性能参数，确定偏置绕组的匝数，基于定子绕组的总匝数与偏置绕组的匝数计算控制绕组的匝数；在径向磁轴承的定子铁芯上，根据偏置绕组的匝数和控制绕组的匝数分别进行绕制，形成相互独立的控制绕组和偏置绕组。基于本公开提供的径向磁轴承的设计方法所设计的径向磁轴承，不仅能够实现快速动态响应，还能够保证径向磁轴承在使用过程中的控制精度。

摘要： 本实用新型公开了一种用于径向磁轴承及推力磁轴承散热的磁轴承座结构，磁轴承座的内腔壁上设有定位凸台，且定位凸台的左端面为径向磁轴承定位面，右端面为推力磁轴承定位面，径向磁轴承置于磁轴承座内，径向磁轴承固定环将径向磁轴承轴向定位于磁轴承座内，两推力磁轴承相隔一定间隙设于磁轴承座内，隔圈置于两推力磁轴承之间，内侧的推力磁轴承抵触于定位凸台的推力磁轴承定位面上，推力磁轴承固定环将推力磁轴承轴向定位于磁轴承座内，径向磁轴承与内侧的推力磁轴承之间形成有散热腔；在磁轴承座的圆周方向均布有若干散热孔。冷却空气的通道截面积不再受制于推力磁轴承的磁路限制，可以根据实际需求确定尺寸。