超高速磁悬浮电机转子非线性控制的研究

永磁偏置的混合磁轴承利用永久磁铁替代主动磁轴承中的电磁铁产生静态偏置磁场,具有降低功率放大器的功耗,减少电磁铁的匝数,缩小磁轴承的体积,提高轴承承载力等优点,在飞轮储能、磁轴承电机等需磁悬浮支撑的高速运动场合具有良好的应用前景。本文以基于该种轴承构成的五自由度磁悬浮系统为研究对象,主要作了以下几个方面的工作: 简述新型五自由度磁悬浮系统的构成,研究了永磁偏置轴向径向磁轴承的结构特点及其磁悬浮机理。系统研究了新型永磁偏置径向磁轴承的结构及其工作原理,利用等效磁路法建立其磁悬浮力方程,计算电流刚度和位移刚度。对五自由度磁悬浮系统进行了实验,实现了系统的稳定悬浮。 介绍磁悬浮转子不平衡振动的基本原理。磁悬浮转子系统中常用的不平衡补偿控制方法简介,并对其中的凹陷滤波法进行了仿真,同时建立了磁悬浮刚性转子的三维空间数学模型。在基于零电流补偿原则的基础上,提出基于递归运算的不平衡补偿方案,进行了理论分析和仿真研究;对基于同步转速估算的不平衡补偿方法进行了详细的理论分析,并进行了仿真研究。 研制了基于虚拟仪器的磁轴承电机系统在线监测系统,实现了系统的硬件搭建及软件程序的编写,针对五自由度磁悬浮系统进行了监测实验,结果表明,监测系统工作可靠,为改进磁悬浮系统控制器的设计、系统调试及确保系统运行的可靠性发挥了很好的作用。