混合磁軸承控制器設(shè)計與仿真

1.6萬字 43頁 原創(chuàng)作品，獨家提交，已通過查重系統(tǒng)

摘要
磁懸浮軸承具有無摩擦、無磨損、無需潤滑和密封、高轉(zhuǎn)速、高精度、壽命長等一系列優(yōu)良品質(zhì)，從根本上改變了傳統(tǒng)的支承形式。目前國內(nèi)外主要集中在直流磁軸承方面的研究，但是直流磁軸承具有體積大，成本高，開關(guān)功放驅(qū)動損耗大等缺點。針對直流磁軸承的缺點，本文提出了一種主要由三相逆變器來驅(qū)動的五自由度交直流混合磁軸承。這種五自由度交直流混合磁軸承是由三自由度交直流混合磁軸承和二自由度交流混合磁軸承來支承。本論文主要就五自由度高速機床電主軸系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和控制方面開展深入研究。
本文闡述了這種五自由度磁軸承高速機床電主軸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分析其磁場及懸浮力的表達(dá)式，在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出磁軸承的非線性化數(shù)學(xué)模型，采用泰勒展開的方法進(jìn)一步推導(dǎo)出線性化模型，并根據(jù)動力學(xué)理論建立系統(tǒng)的五自由度狀態(tài)方程。針對一端二自由度交流混合磁軸承設(shè)計了參數(shù)自整定的模糊PID控制器，進(jìn)行了啟動，負(fù)載干擾下的仿真研究，并與常規(guī)PID控制器下的仿真結(jié)果作較為詳細(xì)的比較。
理論研究與實驗結(jié)果表明：交流混合磁軸承結(jié)構(gòu)合理緊湊、效率高、成本低，具有廣泛潛在應(yīng)用前景。參數(shù)自整定模糊PID與常規(guī)PID控制相比，無論是在起動階段，還是在擾動的情況下，模糊PID控制器都能使系統(tǒng)響應(yīng)時問加快，超調(diào)量減小，而且可以對系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)整，具有很強的適應(yīng)性和魯棒性，模糊PID控制器對交流磁懸浮軸承這樣的非線性系統(tǒng)具有非常好的控制效果。


關(guān)鍵詞：混合磁軸承，狀態(tài)方程，模糊PID控制器
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