磁液双悬浮轴承解耦控制研究

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磁液双悬浮轴承是一种以电磁悬浮为主,静压支承为辅的新型轴承,能够大幅度提高承载能力及刚度。但由于液体静压系统特性为小间隙、强阻尼、正刚度、斥力型,而电磁悬浮系统特性为大气隙、弱阻尼、负刚度、吸力型,因此工作时势必会相互耦合,大幅降低了系统的运行稳定性。因此本文拟对磁液双悬浮轴承的耦合特性进行研究,揭示其耦合产生机理并设计解耦控制器。本文主要研究内容如下:(1)针对该磁液双悬浮轴承支承时会产生耦合的问题,本文根据物理模型的受力形式、麦克斯韦电磁悬浮理论以及静压轴承支承理论,推导出了单/多自由度磁液双悬浮轴承的数学模型,为后续系统解耦研究提供理论基础。(2)建立单自由度磁液双悬浮轴承的传递函数,通过Bristol矩阵判定其存在严重耦合。通过采用类前馈解耦、对角阵解耦方法进行了解耦器的设计。通过Simulink模块对各种解耦器的性能进行了结果仿真验证与比较。(3)针对于磁液双悬浮轴承的多自由度空间耦合问题,本文选用了状态反馈解耦作为多自由度解耦器的设计方法。通过对多自由度数学模型分析,构建了系数变换矩阵以及状态反馈控制律。经过仿真从理论上验证了解耦器具有良好的解耦效果。(4)对于解耦后的系统模型,进行了控制器的设计。首先设计了总体控制方案,然后通过根轨迹法以及经验法的辅助求解出其控制器。通过系统仿真可知,控制器能够满足系统的控制要求。根据仿真的效果验证可知,本文研究的多种解耦方式可以实现磁液双悬浮轴承的完全解耦,其控制器也能满足系统控制需要,该论文能为后续磁液双悬浮轴承的性能研究提供理论参考。
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