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混合磁轴承控制器设计与仿真

1.6万字 43页 原创作品，独家提交，已通过查重系统

摘要
磁悬浮轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑和密封、高转速、高精度、寿命长等一系列优良品质，从根本上改变了传统的支承形式。目前国内外主要集中在直流磁轴承方面的研究，但是直流磁轴承具有体积大，成本高，开关功放驱动损耗大等缺点。针对直流磁轴承的缺点，本文提出了一种主要由三相逆变器来驱动的五自由度交直流混合磁轴承。这种五自由度交直流混合磁轴承是由三自由度交直流混合磁轴承和二自由度交流混合磁轴承来支承。本论文主要就五自由度高速机床电主轴系统数学模型和控制方面开展深入研究。
本文阐述了这种五自由度磁轴承高速机床电主轴系统的基本结构和工作原理，分析其磁场及悬浮力的表达式，在此基础上推导出磁轴承的非线性化数学模型，采用泰勒展开的方法进一步推导出线性化模型，并根据动力学理论建立系统的五自由度状态方程。针对一端二自由度交流混合磁轴承设计了参数自整定的模糊PID控制器，进行了启动，负载干扰下的仿真研究，并与常规PID控制器下的仿真结果作较为详细的比较。
理论研究与实验结果表明：交流混合磁轴承结构合理紧凑、效率高、成本低，具有广泛潜在应用前景。参数自整定模糊PID与常规PID控制相比，无论是在起动阶段，还是在扰动的情况下，模糊PID控制器都能使系统响应时问加快，超调量减小，而且可以对系统参数进行在线调整，具有很强的适应性和鲁棒性，模糊PID控制器对交流磁悬浮轴承这样的非线性系统具有非常好的控制效果。


关键词：混合磁轴承，状态方程，模糊PID控制器
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