【摘 要】
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为了解决主动电磁轴承磁极饱和、弱阻尼等问题。本课题组将静压支承理念引入到主动电磁轴承中,设计了一种电磁、静压双支承的磁液双悬浮轴承。该轴承系统具有承载能力大、运行稳定等优势,适用于中速、重载的场合。相比于主动电磁轴承,磁液双悬浮轴承系统结构更加复杂。稳定性是一个系统正常工作的前提,而控制性能的优劣直接影响着转子系统的响应特性。为了更好地结合电磁、静压两系统的优势,以及处理轴承系统存在模型不确定性等
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“磁液双悬浮轴承‘间隙-碰摩’失效演变机理及其‘防碰摩’调控策略”(No.52075468); 河北省自然科学基金面上项目“磁液双悬浮轴承‘间隙-碰摩’动力学行为及其‘双闭环’复合调控策略”(No.E2020203052); 河北省高等学校科学研究项目青年基金项目“磁液双悬浮轴承‘间隙-碰摩’动力学行为、多
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为了解决主动电磁轴承磁极饱和、弱阻尼等问题。本课题组将静压支承理念引入到主动电磁轴承中,设计了一种电磁、静压双支承的磁液双悬浮轴承。该轴承系统具有承载能力大、运行稳定等优势,适用于中速、重载的场合。相比于主动电磁轴承,磁液双悬浮轴承系统结构更加复杂。稳定性是一个系统正常工作的前提,而控制性能的优劣直接影响着转子系统的响应特性。为了更好地结合电磁、静压两系统的优势,以及处理轴承系统存在模型不确定性等问题,本文研究了磁液比例控制,自抗扰控制、H∞鲁棒控制及模型预测控制下系统的响应特性,对比分析了不同控制方式下的优缺点。并对定/变比例控制进行了试验验证。本文主要研究内容如下:(1)基于电磁悬浮系统与静压支承系统复合调控的方式,以转子为研究对象,建立了四自由度磁液双悬浮轴承系统数学模型。针对电磁力与静压力按照一定比例对转子系统进行调控的控制方式,基于Maxwell公式及Navier-Stokes方程,建立了四自由度磁液双悬浮轴承支承系统数学模型。然后对四自由度模型忽略惯性耦合和陀螺耦合项,得到单自由度支承线性与非线性数学模型。(2)基于单自由度非线性系统数学模型,对定比例控制方式进行了力闭环与位置闭环的设计。基于模糊控制理论,对上述模型进行磁液变比例控制器的设计。对比分析了上述两种控制方式下转子动态响应、控制电压、线圈电流及支承腔压强的变化规律。(3)基于单自由度线性系统模型,分别对磁液双悬浮轴承系统进行了自抗扰控制器及H∞鲁棒控制器的设计,并仿真对比了两种控制方式下轴承系统的跟随特性及抗干扰特性,分析了两种控制对外干扰抑制差异。(4)针对磁液双悬浮轴承的建模不确定性,引入模型预测控制算法,并联合Simulink中的MPC模块进行了仿真,分析了MPC控制下轴承系统对模型的依赖性。(5)在相同的试验条件下,分别对轴承系统定比例控制与变比例控制方式进行了跟随特性及抗干扰的试验,试验验证了轴承系统磁液比例控制理论的正确性。
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