磁悬浮系统智能控制方法与动力学特性的关系分析研究

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主动磁力轴承(Active Magnetic Bearing,简称AMB),即主动磁悬浮轴承,是未来发展的机电一体化产品,它是控制理论、电力电子、电磁学、转子动力学及计算机科学等学科交叉的结晶。其中,能够使AMB实现稳定高速悬浮的鲁棒控制器的设计和控制算法的确定则可称之为重中之重。 本文在分析了电磁轴承国内外发展和研究现状的基础上,确定了论文的研究方向,即构建智能磁力轴承(intelligent magnetic bearing,简称IMB)中有关转子动力学分析方法的实现过程。 本文首先从理论上扼要说明了AMB和转子动力学的基本理论和分析方法,并由此描述了动力学理论和分析方法在IMB中的实现过程。论文针对IMB中在线设计(online design)及专家知识库、专家经验库(简称“两库”)的构思,提出了通过控制器实现“在线检测”转子(信号)的一些动力学特性,并从二个方面探索了该信号模式不同的处理方法:直接识别方式和间接分析方式。在此设想上,对两种方式分别进行了实施过程的具体描述,其中重点探索了FFT(Fast Fourier Transform Algorithm,快速傅立叶变换)变换在信号分析过程中的应用方式。同时,也对或以“第三方插件”形式出现的传统动力学分析理论及方法在“两库”中的实现及作用做了扼要的分析。 针对上述理论分析内容,本文在原有实验平台的基础上,从硬件和软件两个方面进行了分析研究。重点考虑了数字式滤波器的作用与实现方法,即数字硬件(电路)滤波器和数字软件(程序)滤波器在IMB控制系统中的实现过程,以及在必要时系统能够根据实际工作情况,通过软件(程序)方式对数字硬件(电路)滤波器实施“在线切换”的可能性。为实现在AMB中进行转子动力学特性分析、控制提供理论和技术的基础。 最后,论文针对单自由度实验平台,运用劳斯判据对平衡板模型进行了稳定性判断,并将计算获得的实验平台动力学方程解析解与相关理论分析结果进行了对比;同时也在该平台上进行了部分内容验证实验,取得了一些有意义的初步结果,可为以后进一步的研究提供参考和借鉴。
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