电磁轴承及其应用第一部分 电磁轴承的发展及其应用前景

第一部分简述了电磁轴承及电传动技术在国内外的发展及其在航空领域中的应用前景.第二部分介绍了在燃气涡轮发动机中电磁轴承的设计要求、主要设计问题及其解决方法.     

电磁轴承在航空发动机应用中设计问题分析

电磁轴承实现了依靠电磁力使转子非接触地“支承”于轴承体内的目的,并具有运动阻力小、无接触摩擦和磨损、功耗低以及寿命长等优点,是磁悬浮原理在机械领域中的应用实例。航空发动机是电磁轴承的主要应用领域之一。介绍电磁轴承及其系统的特点和电磁轴承的一般设计准则、常用技术指标以及在航空发动机中应用电磁轴承的部分设计问题及解决的方法。     

基于磁极电流分配的电磁轴承控制器设计

 电磁轴承是机、电、磁一体化的复杂系统, 针对不对称、强耦合电磁轴承结构, 提出基于磁极电流分配的电磁轴承控制器设计。该方法将原来控制器分为反馈控制器和电流分配器两部分, 以简化控制器设计。主要讨论了轴承磁极电流分配器设计, 并应用于圆锥电磁轴承系统中, 设计它的磁极电流分配器。     

电磁轴承在航空发动机中的应用研究

针对电磁轴承在航空发动机的应用研究，扼要介绍电磁轴承在航空发动机应用过程中的部分技术问题和设计方法，包括基本控制设计方法、柔性转子系统设计方法和陀螺效应设计方法。并给出一台原理试验样机的分析设计结果。     

主动电磁轴承失效后柔性转子坠落在备用轴承上的瞬态响应实验研究

测量了主动电磁轴承支承的柔性转子系统在主动电磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了转子的工作转速、转子不平衡量以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等对转子瞬态响应的影响。结果表明,大多数情况下在主动电磁轴承失效后转子系统出现了在间隙圆底部的摆动以及在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动。主动电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小与转子在电磁轴承失效前的振动、转子的工作转速以及备用轴承碰撞面上的润滑条件等密切相关。通过适当改变备用轴承碰撞面上的润滑状态,可以有效地控制电磁轴承失效后转子系统瞬态响应的大小,降低电磁轴承失效后转子在整个间隙圆范围内的碰撞型回转运动以及全间隙圆范围内的摩擦型回转运动的可能性,从而减小碰撞对转子及其备用轴承的影响。     

基于DSP的电磁轴承控制系统设计

介绍了电磁轴承的基本组成及其工作原理,并设计了以TMS320F240为核心的数字控制系统,包括改进的MCEP算法和多文件工程结构的软件设计方法;针对定点DSP在控制程序中数值运算的定标和溢出问题找到了一种有效的解决方法。     

电磁轴承系统的试验研究

在自行设计的轴承内径为50mm的电磁轴承试验装置上成功地实现了五自由度稳定磁悬浮,并在该装置上完成了静、动态试验及静、动态加载试验,为以后进行航空发动机用电磁轴承的研究打下了坚实基础。     

基础横向振动对电磁轴承转子系统动力特性影响的实验研究

从实验上研究了电磁轴承基础的横向振动对电磁轴承转子系统动力特性的影响。结果表明电磁轴承的控制器对电磁轴承基础横向振动的抑制能力是非常有限的,在控制器的设计过程中必须考虑基础振动的影响,否则较大的基础振动会使电磁轴承系统不能稳定地工作,甚至失去支撑转子的能力。     

一种用于电磁轴承特性可控的弹性备用轴承

 为了提高电磁轴承备用轴承的性能,基于动力特性可控的径向电涡流阻尼器、弹性支撑以及滚动型或衬套型备用轴承提出了一种动力特性可控的弹性备用轴承新结构。介绍了这种新型备用轴承的结构和工作原理,在不同的转速和转子不平衡量下测量了电磁轴承失效后转子坠落在新型弹性备用轴承上的瞬态响应,分析了新型备用轴承对转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应的抑制作用。结果表明：这种新型弹性备用轴承不仅具有结构简单、无工作介质、动力特性易于进行控制等特点,而且还能够显著减小电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应,使转子的振动很快得以衰减,减小了转子对备用轴承的冲击作用,是一种具有良好发展和应用前景的主动电磁轴承备用轴承结构。     

电磁轴承失效后的航空发动机转子跌落动力学

<正>主动电磁轴承(AMB)是一种使用电磁力悬浮转子的新型轴承,具有无摩擦损耗、转速高、无需润滑、寿命长等优点,近年来在航空航天等行业中得到广泛应用。由于电磁吸力固有的不稳定性和电磁轴承承受过载能力的不足,实际应用中电磁轴承需配合辅助轴承使用。在电磁轴承失效后,辅助轴承将临时承担起支撑     

改进型SVM在轴向磁轴承转子位移自检测中的应用

磁轴承采用位移自检测技术能够减少磁轴承体积、降低成本和提高可靠性。提出了一种基于混合核函数最小二乘支持向量机(LSSVM)预测模型的磁轴承自检测技术。介绍了轴向主动磁轴承的工作原理并推导了其悬浮力的数学模型;在混合核函数LSSVM回归原理的基础上,建立了控制线圈电流与转子位移之间的非线性预测模型,并优化了LSSVM参数,实现了无位移传感器控制。构建了轴向主动磁轴承系统自检测仿真模型,针对所提自检测方法进行了仿真研究,仿真结果表明该模型能够准确预测转子轴向位移。进一步的试验结果表明,该方法具有良好的轴向位移自检测性能,实现了轴向主动磁轴承无位移传感器下稳定悬浮运行。     

多电航空发动机研究现况及关键技术

多电发动机作为多电飞机的核心部件,受到欧美国家的高度重视。介绍了国内外多电发动机的总体研究现状和发展趋势,重点分析了整体式起动／发电机、磁浮轴承、电动燃油泵和电动作动器等多电发动机核心部件的技术特点和性能优势,同时对内置式整体起动／发电机技术、高温主动磁浮轴承技术和分布式控制技术等多电发动机的关键支撑技术进行了讨论。多电发动机结构紧凑、重量轻等优势必将使其得到应用及发展。     

基于变速积分的高速电机磁悬浮控制系统设计

针对磁悬浮高速电机的磁轴承-转子系统,设计了基于MCU+FPGA的数字控制系统。为实现转子系统的高转速下稳定控制,在建立了磁轴承-转子闭环控制系统模型的基础上,针对常规PID控制系统的超调振荡问题和PD控制系统的转子位移静差问题,利用变速积分的思想设计了改进的PID控制器。实验表明,在消除了系统静差的同时明显减小了系统的超调量和调节时间,说明设计的控制系统具有很好的动态特性和稳态精度。     

电磁轴承支承的柔性转子在轴承失效后坠落过程中的瞬态响应

研究了主动电磁轴承支承的单盘柔性转子系统在磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙的滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了备用轴承的各种参数对瞬态响应的影响。结果发现系统出现了以自由落体-碰撞弹起-自由落体为特征的在间隙圆底部的摆动运动、以碰撞弹起-加速落体-碰撞弹起为特征的在整个间隙圆范围的碰撞型回转运动以及轴颈与备用轴承始终接触在一起的摩擦型回转运动等3种运动形式。碰撞型回转运动实际上是由碰撞过程中部分周向的摩碰引起,而摩擦型回转运动是由轴颈与备用轴承之间的全周干摩擦所致。碰撞型回转运动和反向摩擦型回转运动对备用轴承的影响最为严重。     

高温磁悬浮轴承用位移传感器的研究

针对差动变压器式位移传感器的性能及其在高温磁悬浮轴承中的应用,对环境温度升高影响差动变压器式位移传感器（DTDS）性能的机理和特征以及所采用的温度补偿技术进行了研究。采用比值方式的处理电路以及加入补偿电阻的方法改善了温度升高所带来位移传感器灵敏度升高、温度漂移和时间漂移的问题。对不同温度下的差动变压器式位移传感器进行标定得到了位移传感器的动静态性能,并将其应用到单自由度高温磁悬浮轴承（HTAMB）试验台上进行静态和模拟动态悬浮。研究结果表明,环境温度为550 ℃,被测物体移动范围在-0.35~+0.35 mm时,位移传感器的灵敏度在19.62 mV/μm,线性度为±0.74%,迟滞性为±0.40%,重复性为±0.97%,传感器截止频率在800 Hz左右;在单自由度高温磁悬浮轴承试验台上使用所研制的高温位移传感器,能实现被悬浮物体的稳定悬浮。     

磁悬浮柔性转子系统变学习速率单神经元自适应PID控制

为同时保证磁悬浮轴承柔性转子系统所需的低频和高频特性,在一般单神经元PID(proportion integration differentiation)控制的基础上,将转速信号引入磁悬浮轴承数字控制器,在不同转速段选择不同的学习速率以调节控制参数得到合适的磁悬浮轴承的刚度和阻尼.试验结果表明,变学习速率单神经元自适应...