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第4期
杌械设计与制造
2015年4月
Machinery Design Manufacture
185
片状转子磁悬浮控制系统的研究
范一凡,徐龙样
(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)
摘要:转子轴向尺寸大幅縮小后形状趋于片状,轴向转动惯量与径向转动惯量之比增大,称为片状转子。片状转子磁悬
浮轴承系统因陀螺效应而存在榻合,随着转子转速的升高,耦合现象也随之加强。针对片状转子的数学模型,基于交又反
馈算法,推算了轴向三控制点间的交叉反馈系数,对系统进行 Simulink仿真,仿真结果表明以此算法为基础开发的控制
系统能够完全消除因陀螺效应产生的耦合作用。实验对比了分散控制系统和交又反愦解耦控制系统下控制电流和位移
的幅值。交叉反馈控制系统下的控制电流和位移有明显减小。
关键词:磁悬浮轴承;片状转子;解耦;交又反馈
中图分类号:TmH16:TH113文献标识码;A文章编号:1001-3997(2015)04-0185-04
The Study on the Control System of the Disc Rotor
Supported by Active Magnetic Bearings
FAN Yi-fan, XU Long-xiang
( College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Jiangsu Nanjing
210016. China
Abstract: When the axial dimension is smaller than the radial dimension, the rotor become a disc rotor. Coupling occurs in
the system of the disc rotor supported by active mgnetic bearing because of the influence of gyroscopic. It worsens th the
increasing of the rotation rate. he mathematical model of the disc rotor is built and cross-feedback coeficient is calculated
based on the cross-feedback theory. The simulation result shows that the coupling situation of gyroscopic can be completely
eliminated using the control system based on cross-feedback theory. The result of experiment proves tha the decoupling
controller designed on cross-feedback theory can eliminate the influence of gyroscopic and decrease the amplitude of
displacement and control current comparing with the controller designed on decentralized control theor
Key Words: Magnetic Bearings; Disc Rotor; Decoupling; Cross-feedback
1引言
显,分散控制方法无法有效抑制转子在特定频率下因进动和章动
主动磁悬浮轴承( Active Magnetic Bearings,AMB)基于现代引起的振动。
磁悬浮技术,利用大小可控的电磁力使转子实现无任何机械接触2机械结构及数学模型
的空间悬浮,克服了传统轴承存在的磨损问题,无需润滑和密封,
位移传
轴向磁悬
可有效的降低功耗,目前已广泛应用于航空航天、交通、能源等领
径向磁悬感器保护轴承浮辆承传动带
转子浮轴承
域
如转子轴向尺寸大幅缩短,则转子形状趋于片状,轴向转动
惯量与径向转动惯量之比增大,称为片状转子,此类转子磁悬浮
系统的研究对于力矩陀螺、储能飞轮等的结构设计均有借鉴意
义。在转子长径比大幅度改变后,支撑方式也需进行调整,目前国
电机
内外对于磁悬浮片状转子的研究主要集中在支承方式和结构设
图1片状转子磁悬浮系统
计上,并已证明了轴向3对-径向2对磁轴承的支撑方式可以
使转子稳定悬浮,但随着支承方式改变,系统的耦合情况更加明
片状转子磁悬浮系统结构简图,如图1所示。由轴向3对-
来稿日期:2014-10-10
作者筒介:范一凡,(1989-),男,研究生,主要研究方向:片状转子磁悬浮控制系统
徐龙祥,(1959-),男,博士,教授,博土研究生导师,主要研究方向:磁悬浮技术应用以及无轴承电机等