磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)用軸向徑向磁軸承

針對(duì)高速磁懸浮電機(jī)電磁軸承采用固定偏置電流導(dǎo)致功耗較大問(wèn)題,在控制電流采用pid控制基礎(chǔ)上,介紹了一種變偏置電流減小電磁軸承功耗的控制方法。推導(dǎo)出電磁軸承功耗與偏置電流關(guān)系,結(jié)合約束條件,得到最低功耗時(shí)偏置電流關(guān)于轉(zhuǎn)子位移偏差的函數(shù)表達(dá)式。為了提高系統(tǒng)快速響應(yīng)能力,在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)偏置電流函數(shù)表達(dá)式進(jìn)行近似線性化處理。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:該方法既能保證磁懸浮軸承系統(tǒng)穩(wěn)定起浮,同時(shí)靜態(tài)懸浮和降速過(guò)程中降低軸承線圈銅耗達(dá)94%,電機(jī)轉(zhuǎn)頻達(dá)700hz時(shí)降低軸承鐵耗約為74%,降低功耗效果明顯。

針對(duì)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)問(wèn)題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)與粒子群優(yōu)化算法的電機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。采用三維有限元仿真建立樣本空間,構(gòu)建懸浮力、電磁轉(zhuǎn)矩與繞組間互感的最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型;并基于該非參數(shù)模型,選擇滿足額定電磁轉(zhuǎn)矩為約束條件,懸浮力最大且繞組間互感最小為優(yōu)化目標(biāo),采用粒子群優(yōu)化算法獲取電機(jī)的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。仿真結(jié)果表明:最小二乘支持向量機(jī)非參數(shù)模型精確度高,采用該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)具有懸浮承載力強(qiáng)、耦合小、易于控制的優(yōu)點(diǎn),并且該優(yōu)化設(shè)計(jì)方法算法簡(jiǎn)單、操作方便。

對(duì)一種異極性徑向磁軸承進(jìn)行了研究,該型磁軸承由于永磁磁極未有主動(dòng)控制,導(dǎo)致位移副剛度增大,降低了磁軸承的懸浮性能。對(duì)參數(shù)進(jìn)行比較分析,根據(jù)比較結(jié)果優(yōu)化設(shè)計(jì)軸承參數(shù),降低永磁磁極對(duì)懸浮性能的影響。設(shè)計(jì)了徑向懸浮力400n的原理樣機(jī),進(jìn)行了二維仿真分析,結(jié)果表明,性能分析正確,參數(shù)優(yōu)化合理,磁軸承懸浮性能優(yōu)良。

研究了一種六極異極性徑向永磁偏置磁懸浮軸承,介紹了其結(jié)構(gòu)及工作原理。通過(guò)坐標(biāo)變換的方法將徑向的懸浮力解耦,并推導(dǎo)了它與電流以及位移之間的函數(shù)關(guān)系。提出了根據(jù)各方向最小承載力最大來(lái)設(shè)計(jì)該磁懸浮軸承偏置磁場(chǎng)的原則。通過(guò)電磁場(chǎng)有限元軟件對(duì)該磁懸浮軸承的懸浮力進(jìn)行了仿真驗(yàn)算,仿真結(jié)果表明,在一定范圍內(nèi)x、y方向的懸浮力具有較好的線性特征,x方向的線性范圍大于y方向的線性范圍。仿真結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的對(duì)比表明,按照等效磁路法計(jì)算出的電流剛度與仿真結(jié)果較為接近,平均誤差小于3%,而位移剛度則略大于仿真結(jié)果。

針對(duì)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)這一多變量、非線性、強(qiáng)耦合系統(tǒng)解耦控制時(shí)逆動(dòng)力學(xué)模型難以獲取的問(wèn)題,提出一種基于最小二乘支持向量機(jī)的逆動(dòng)力學(xué)建模與解耦控制方法。介紹磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)工作原理,給出懸浮力和轉(zhuǎn)矩的動(dòng)力學(xué)模型,分析模型的可逆性。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合最小二乘支持向量機(jī)擬合與逆模解耦線性化特點(diǎn),研究磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的最小二乘支持向量機(jī)逆動(dòng)力學(xué)建模與解耦控制方法,給出逆動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化過(guò)程,設(shè)計(jì)前饋和反饋環(huán)節(jié)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行復(fù)合控制。仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:逆動(dòng)力學(xué)模型實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的解耦線性化,復(fù)合控制系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能。

永磁懸浮軸承由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且不需要復(fù)雜的位置控制系統(tǒng)而具有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用價(jià)值?；谟来挪牧系木€性退磁曲線,通過(guò)對(duì)雙永磁環(huán)的磁路分析,利用間隙磁導(dǎo)的擬合計(jì)算公式,采用虛功原理法得到雙永磁環(huán)軸向靜態(tài)磁力的解析模型,該解析模型可以計(jì)算不同內(nèi)外徑的雙永磁環(huán)懸浮軸承的軸向靜態(tài)承載力,并設(shè)計(jì)了測(cè)量雙永磁環(huán)間隙與磁力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,永磁環(huán)磁力解析模型的計(jì)算值和實(shí)測(cè)值吻合較好,該方法能較好的計(jì)算出雙永磁環(huán)懸浮軸承的靜態(tài)承載力。

提出一種12/8磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī),首先對(duì)其工作原理進(jìn)行介紹,說(shuō)明該種電機(jī)產(chǎn)生的徑向力能夠?qū)崿F(xiàn)軸承的懸浮。基于虛功法建立了其x軸方向和y軸方向上徑向力的數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)解析法與有限元法計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,證明所建立數(shù)學(xué)模型的正確性。重點(diǎn)對(duì)于在不考慮轉(zhuǎn)子偏心位置和考慮轉(zhuǎn)子偏心的情況下的電機(jī)特性進(jìn)行分析,磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)的徑向力具有線性的特性并且獨(dú)立于轉(zhuǎn)矩電流,因此轉(zhuǎn)矩和徑向力的解耦控制可以實(shí)現(xiàn)。

磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)(bsrm)的電感矩陣是電機(jī)建模的基礎(chǔ),本文提出了基于最小二乘支持向量機(jī)(ls-svm)的電機(jī)電感辨識(shí)建模方法。首先通過(guò)對(duì)bsrm電感特性的有限元分析,獲得各參數(shù)對(duì)電感的影響規(guī)律,然后結(jié)合lssvm在有限樣本數(shù)據(jù)下對(duì)高維非線性的逼近能力,離線建立bsrm各種運(yùn)行工況下的電感模型。另外在建模中,針對(duì)ls-svm超參數(shù)選取問(wèn)題,采用粒子群優(yōu)化算法(pso)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)尋優(yōu),以提高電感模型精度。最后通過(guò)對(duì)比仿真研究,表明pso-ls-svm模型能夠準(zhǔn)確反映電機(jī)磁飽和下的電感特性,這為bsrm磁飽和模型的構(gòu)建奠定了基礎(chǔ)。

為探索磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)高性能無(wú)傳感器控制,研究了一種基于最小二乘支持向量機(jī)的轉(zhuǎn)子位移/位置觀測(cè)器設(shè)計(jì)方法。該方法在對(duì)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行狀態(tài)空間變換的基礎(chǔ)上,采用最小二乘支持向量機(jī)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子位移/位置觀測(cè)器。闡述了觀測(cè)器設(shè)計(jì)原理,對(duì)觀測(cè)器的穩(wěn)定性進(jìn)行分析,給出了觀測(cè)器離線訓(xùn)練和在線學(xué)習(xí)的實(shí)施步驟。最后通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)觀測(cè)器具備較好的觀測(cè)效果,能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地觀測(cè)出轉(zhuǎn)子位移和位置,從而可實(shí)現(xiàn)無(wú)傳感器控制。

利用有限元方法分析軸向電磁軸承的磁場(chǎng)分布情況,通過(guò)變換軸承定子結(jié)構(gòu)參數(shù),計(jì)算出線槽形狀變化而產(chǎn)生的不同電磁力,分析電磁力的變化規(guī)律,并得出相關(guān)結(jié)論,對(duì)軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)結(jié)合了開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)和磁軸承的特點(diǎn),通過(guò)電磁力控制轉(zhuǎn)子徑向位置。分析了磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)懸浮力和旋轉(zhuǎn)力的產(chǎn)生原理?；陂_關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的四個(gè)特殊位置,利用二維有限元方法分析了轉(zhuǎn)子位于中心位置與有徑向偏心時(shí)的電機(jī)內(nèi)部磁場(chǎng),給出了磁場(chǎng)分布圖、徑向懸浮力與徑向偏心矩的關(guān)系曲線、旋轉(zhuǎn)力與徑向偏心矩的關(guān)系曲線,為進(jìn)一步描述磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)懸浮力與旋轉(zhuǎn)力的模型提供了依據(jù)。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽(yáng)鼓風(fēng)饑集團(tuán)股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。

日前，斯凱孚（skf）獲得了—份為沈陽(yáng)鼓風(fēng)饑集團(tuán)股份有限公司提供s2m磁懸浮軸承系統(tǒng)的合同。skf為沈鼓提供的磁浮軸承系統(tǒng)將采用一種經(jīng)實(shí)地驗(yàn)證的設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)在全球范圍內(nèi)廣泛用于天然氣管道壓縮機(jī)。s2m磁懸浮軸承可確保轉(zhuǎn)子控制完全符合磁懸浮軸承的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（iso14839,api617）。

為了建立橫向磁場(chǎng)直線開關(guān)磁阻電機(jī)(transversefluxlinearswitchedreluctancemotors,tflsrm)的解析數(shù)學(xué)模型,首先分析tflsrm的結(jié)構(gòu)和磁路特點(diǎn),建立tflsrm的磁路等效模型,采用直線磁路和變橢圓系數(shù)的橢圓形磁路分割法推導(dǎo)等效磁路的氣隙磁導(dǎo)解析式,確定以磁導(dǎo)表示的繞組電感和磁鏈,建立了推力和法向力的數(shù)學(xué)模型。有限元分析結(jié)果驗(yàn)證了所建數(shù)學(xué)模型的正確性,利用該模型分析了改變次級(jí)極寬和氣隙長(zhǎng)度對(duì)電機(jī)推力和法向力的影響,半實(shí)物仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了所建模型的有效性。

無(wú)軸承電機(jī)懸浮磁路控制的研究

提出了五自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)通過(guò)使用有限元軟件ansoft來(lái)計(jì)算懸浮驅(qū)動(dòng)電流的方法。介紹了一種五自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu),分析了三自由度磁軸承的工作原理和二自由度磁懸浮開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的懸浮原理,接著采用ansoft軟件對(duì)磁懸浮開關(guān)磁阻電機(jī)進(jìn)行有限元分析計(jì)算,得出懸浮驅(qū)動(dòng)電流曲線,從而實(shí)現(xiàn)了通過(guò)有限元分析計(jì)算代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以研究控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型為主的研究方法。該方法對(duì)磁懸浮一類電動(dòng)機(jī)的懸浮控制研究有一定的意義。

為了解決延時(shí)引起的磁軸承系統(tǒng)穩(wěn)定裕度下降問(wèn)題,針對(duì)磁軸承開關(guān)功率放大器中存在的固有延時(shí)和可變延時(shí)進(jìn)行了研究,提出了一種利用干擾觀測(cè)器(disturbanceobserver,dob)理論的時(shí)間延時(shí)補(bǔ)償方法。該方法將開關(guān)功率放大器中產(chǎn)生的延時(shí)作為擾動(dòng)項(xiàng)等效到輸入端,并構(gòu)造相應(yīng)的干擾觀測(cè)器模型對(duì)擾動(dòng)項(xiàng)進(jìn)行估計(jì),實(shí)現(xiàn)對(duì)磁軸承開關(guān)功率放大器的延時(shí)補(bǔ)償。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,干擾觀測(cè)器可以有效的降低超調(diào),減小波形滯后失真,提高跟蹤性能,從而驗(yàn)證此方法對(duì)于提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度是可行有效的。

介紹了單神經(jīng)元自適應(yīng)pid算法原理,提出了以單神經(jīng)元自適應(yīng)pid控制算法為核心的四相8/6極開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)。以mcs80c196kc單片機(jī)作為控制器,對(duì)調(diào)速系統(tǒng)的硬件電路和軟件部分進(jìn)行了設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了單神經(jīng)元pid自適應(yīng)控制算法在開關(guān)磁阻電機(jī)調(diào)速中的應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)證明,該控制算法有助于改善開關(guān)磁阻電機(jī)的調(diào)速性能。

為抑制開關(guān)磁阻電機(jī)(srm)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),從電機(jī)設(shè)計(jì)和控制的角度出發(fā)都需要快速、正確地獲取其磁鏈和轉(zhuǎn)矩模型。本文根據(jù)srm磁鏈隨角度、電流的變化特點(diǎn),取6個(gè)特殊轉(zhuǎn)子位置處的磁鏈數(shù)據(jù),用七次多項(xiàng)式函數(shù)來(lái)建立srm磁鏈模型和轉(zhuǎn)矩模型,與有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明,所提方法具有快速和準(zhǔn)確性。

丹佛斯磁懸浮壓縮機(jī)軸承原理及控制

電機(jī)用深溝球軸承徑向游隙及配合的選擇與分析

研究軸頸撓度和瓦塊表面熱彈變形對(duì)臥式水電機(jī)組徑向滑動(dòng)軸承靜態(tài)潤(rùn)滑性能的影響。推導(dǎo)考慮軸頸撓度和軸瓦熱彈變形后的油膜厚度表達(dá)式;用中心差分法結(jié)合ansys軟件聯(lián)立求解雷諾方程、能量方程、固體熱傳導(dǎo)方程、密度方程、黏度方程和軸瓦熱彈變形等,得到徑向滑動(dòng)軸承的熱彈流潤(rùn)滑(tehd)特性,并與不計(jì)入軸頸撓度及軸瓦熱彈變形的油膜動(dòng)壓潤(rùn)滑特性進(jìn)行比較。結(jié)果表明:在考慮軸頸撓度和軸瓦瓦面熱彈變形的影響后,油膜壓力、溫度、厚度沿著軸承寬度中心線的對(duì)稱特性消失;油膜壓力峰值增大,峰值點(diǎn)位置由軸向中心區(qū)偏移至出口區(qū);油膜溫度峰值增大,最高溫度發(fā)生在出口區(qū);潤(rùn)滑區(qū)內(nèi)的最小油膜厚度大幅度減小,油膜最小厚度處于出口側(cè)邊界附近;軸承潤(rùn)滑流量減小,損耗略有增大;軸承穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí),軸頸偏位角基本一致。