两自由度混合磁轴承控制系统设计硬件子系统(附件)
目 录
摘 要 I
Abstract I
目 录 1
1 绪论 1
1．1 磁悬浮轴承概述 1
1．2 永磁悬浮轴承概 2
1.2.1 永磁偏置悬浮轴承发展现状 2
1.2.2 永磁悬浮轴承技术的研究方向 2
1．3 课题研究意义与主要内容 3
2 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理和数学模型 4
2．1 永磁偏置磁悬浮轴承的工作原理 4
2．2 永磁偏置磁悬浮轴承的不同点 6
2．3 永磁偏置磁悬浮轴承的分类 7
3 永磁偏置磁悬浮轴承的结构设计 8
3．1 永磁偏置磁悬浮轴承的结构参数设计 8
3.1.1 气隙的计算 9
3.1.2 转子的设计 9
3.1.3 定子的设计 10
3.1.4 永磁体的设计 13
3．2 永磁偏置磁悬浮轴承的电气参数设计 14
3.2.1 线圈安匝数确定 14
3.2.2 绕组线径确定 14
3．3 参数设计结果 15
4 永磁偏置磁悬浮轴承的有限元分析 16
4．1 电磁场研究意义 16
4．2 ANSOFT仿真分析介绍 16
4．3 ANSOFT仿真分析计算 17
4.3.1 偏置磁路分析 18
4.3.2 结构设计优化 20
5 永磁偏置磁悬浮轴承数字控制系统设计 21
5．1 单片机数字控制硬件设计 21
5．2 位移传感器 24
5．2 功率放大器 27
5.2.1 位移接口电路 31
5．3 控制器 32
结 论 36
致 谢 37
参 考 文 献 38
附录A 40
1 绪论
随着经济高速发展，我国早已成为世界的制造大国，但离制造业强国还有差距，是因为我国的机电产品中高附加 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
值自主设计产权的产品较少。磁悬浮技术是一种新型支承技术，其涉及机械学、电磁学、信号处理、材料学、动力学、控制工程、计算机等众多科学领域，和常规的机械轴承不同，其用电磁力克服重力，反馈控制技术来控制转子，其优点是低功耗、无机械接触、高转速、高精度等性能，其应用前景广适用于各种支承产品中，也是目前研究的热点技术，国内要讲将磁悬浮轴承应用于工业产品中尚还存在一些列待解决的问题。
1．1 磁悬浮轴承概述
传统机械产品需要适应社会的进步而应用与不同场合，在此基础上发展为机械电子产品，现今的工业急速发展，同时对机械的性能要求也越来越苛刻。本论文介绍了磁悬浮轴承，就是满足新一代支承技术下的机械电子产品。
磁悬浮轴承既依赖与传统机械结构，还和电子信息技术密切相关。磁悬浮轴承是一种新兴的支撑方式，利用磁力克服重力使转子处于悬浮状态[2]，没有任何机械方面的摩擦，运行稳定高效，无需润滑，适用于高转速的精密仪器中。其涉及了众多技术领域，除了应有的机械学、力学之外还集成电磁学、信号处理、电子技术等。它机械系统与电子控制系一体的新型技术。
磁悬浮轴承可以根据其运行的原理分成三类：
1、主动式磁悬浮轴承，其结构是：电磁铁、转子、传感器、功放。其工作原理是：电磁铁固定在定子上，通电产生电磁场将下方处的转子吸浮，转子周边的传感器实时监视转子的位移并将信号传递给功率放大器，功放不断调整线圈电流保证转子运行稳定。转子悬浮完全靠电磁铁的磁力，所以这对功放要求很高，但是其运行稳定。该类型的磁悬浮结构目前技术很成熟使用也最为广泛。
2、被动式磁悬浮轴承，其悬浮原理主要靠永磁体或者超导体来将转子悬浮起来。和主动式不同的是它不可控制，其磁场力完全来自自身（无源磁悬浮），也就无需复杂的控制系统，所以其优点是简单、无源、小体积、成本低。由于只有永磁体或超导体提供磁力使得承载力比较低。目前主要用在永磁轴承上，可以根据需求不同来进行多种组合，潜力巨大。
3、混合式磁悬浮轴承，其为主动式和被动式技术的融合，结合了前两者的优点，偏置磁场产生于永磁体或超导体，线圈绕组电流产生控制磁场，当转子轴位移时，传感器传送信号给控制器来调节转子悬浮的平衡，这降低了功放的耗能，相比主动式悬浮轴承，其绕组匝数降低了，从而损耗也较小，体积也减小。
1．2 永磁悬浮轴承概
1.2.1 永磁偏置悬浮轴承发展现状
人们利用磁力控制物体悬浮的设想由来久矣，但是实现起来用于设计产品中不太容易。早在德国的Kemper在1937年就申请了第一个磁悬浮技术的专利，物体悬浮状态不同[3]，可以调整期磁力的大小来调节导磁体的悬浮位置，伴随着工业经济快速发展，对磁悬浮技术研究没有停。
1957年法国公司hispanosuiza提出了第一个主动式有源磁悬浮是现代磁悬浮技术的开始，利用电磁衔铁和位移传感器将导磁体悬浮控制并申请专利( French Patent1186527, November,1957)。
在20世纪60年代的中期，德国、法国、美国、日本对主动磁悬浮技术投入研究，1972年在卫星导向器飞轮中应用磁悬浮轴承[4]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1789.html
