柔性磁悬浮转子的控制算法研究

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磁悬浮转子系统是利用可控电磁力将转子无接触的悬浮起来,是一个典型的开环不稳定的系统,因此必须采取有效合理的控制算法才能保证其稳定运行。随着当前旋转机械转子向高速度和高精度的方向发展,以及对机械结构和性能要求的进一步提高,相关研究已经从刚性磁悬浮转子系统转向柔性磁悬浮转子系统。柔性转子在接近或越过临界转速时,转子振幅过大,容易导致系统破坏,必须通过相应的控制算法抑制柔性转子的振动,因此进行柔性磁悬浮转子的控制算法研究具有重要的现实意义。本文首先介绍了磁悬浮系统的工作原理,推导出了磁悬浮系统电磁力的表达式,详细说明了磁悬浮转子系统的机械结构和控制系统的各个组成部分,并计算了磁悬浮系统的等效刚度和等效阻尼。其次,简单介绍了虚拟样机技术,说明了建立联合仿真模型的主要步骤,介绍了ADAMS/Flex柔性体理论,分析了柔性转子的固有频率和模态振型,建立了基于ADAMS和MATLAB的柔性磁悬浮转子的联合仿真模型。最后,对柔性磁悬浮转子竖直方向一个自由度的情况进行了控制算法的仿真研究,针对柔性转子的静止悬浮、低速旋转和高速旋转三种工作状态,设计了PID控制器、模糊PID控制器以及单神经元自适应PID控制器,分别得到柔性转子三种工作状态下的仿真曲线,经过分析表明:通过控制算法可以减小柔性转子的振动,使其越过临界转速,且单神经元自适应PID控制算法的控制效果最佳。本文的研究工作为柔性磁悬浮转子顺利平稳的越过临界转速提供参考,达到通过控制算法的设计来提高柔性磁悬浮转子系统支承特性的目的,以期为磁悬浮系统在高端装备的广泛应用提供一定的技术支撑。
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