磁轴承控制器的设计及仿真研究

介绍了磁轴承系统的组成，对控制器性能的基本要求及控制方案的选择，分析了典型ＰＩＤ控制器存在的两个弊端，提出了磁轴承控制器的四种模型。通过对这四种模型的仿真研究，分析了各模型中比例系数、积分时间常数、微分时间常数及局部反馈系数对系统性能的影响，并给出了各参数较为理想的参考值及阶跃响应曲线，仿真结果对制作模拟控制器及数字控制器有一定的借鉴作用。     

双层滚珠轴承力学特性分析

基于拟动力学原理,在考虑轴承所承受的径向载荷、轴向载荷、滚珠自身离心力以及陀螺力矩联合载荷作用的影响下,建立双层滚珠轴承在高速及载荷作用下的力学模型,通过MATLAB编程仿真,分析不同载荷参数和结构参数对轴承力学特性的影响,并对计算方法进行了实验验证.研究结果表明:内外两节径关系直接影响到内圈和中圈之间的转速分配关系;径向载荷和轴向载荷对接触角的变化影响较大,直接关系到滚珠轴承的失效情况;工作转速、滚珠的材料、轴向预紧力以及滚珠初始接触角等对轴承的刚度影响较大.研究结果为双层滚珠轴承的设计和应用提供一定的理论依据.      

高温磁悬浮轴承励磁绕组制造技术

针对国内外高温励磁绕组存在的缺陷与不足,提出了一种新型的迷宫形励磁绕组结构,首先通过电火花线切割制造出单层迷宫形线圈,并在线圈匝间和层间充分均匀地填充耐高温绝缘材料;然后通过真空钎焊工艺实现多层迷宫形线圈的牢固焊接,最后将焊接成型的多层线圈封装成迷宫形绕组,并应用于单自由度高温磁悬浮轴承试验台中,实现了550℃被悬浮物体近20h的稳定悬浮.研究结果表明:线圈焊缝的高温电阻值小,抗剪切强度满足要求,焊缝的金相组织致密均匀;绕组匝间和层间绝缘性能良好;迷宫形励磁绕组在原理和工艺上是可行的.对高温悬浮试验后的迷宫形绕组内部形貌进行观察后发现封装线圈的高温绝缘材料存在一定的缺陷,有待进一步研究.      

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。     

五自由度磁悬磨头电控系统研究

研究的高速磨床电磁悬浮磨头电控系统尽量采用最新技术，在保证系统 性能的前提下降低了系统造价。在该系统中采用TMS320F240 DSP芯片作为控制核心，同时控制磁悬浮轴承的悬浮和变频电机调速，采用运行效率很高的汇编语言编写控制软件，其中磁悬浮轴承是PID控制算法，电机调速为SPWM方式。磁悬浮轴承PWM功率放大器中采用能简化驱动的新型半桥电路，电机调速主电路中采用智能功率模块（IPM）。动态刚度测试和高速运转实验表明，该电控系统满足高速磨床电磁悬浮磨头的控制要求。     

轴系稳定性裕度判据的理论研究

本文提出以系统最大能量比率作为衡量轴系稳定性裕度的判据,和传统的对数衰减率与系统阻尼判据相比,该判据综合了系统所有模态的信息,考虑了特征值与特征向量的共同影响。最大能量比率较小的轴系具有较大的稳定性裕度;最大能量比率较大的轴系具有较小的稳定性裕度。探讨了特征向量在评估稳定性裕度的重要作用,指出了传统的对数衰减率与系统阻尼判据在评估轴承稳定性裕度时的局限性。作为应用实例,用最大能量比率判据考察了一模型转了轴承系统的稳定性裕度,并与用对数衰减率及系统阻尼判据所得结论进行了对比。结果表明,用本文提出的判据所得的结论与实际情况比较一致。此外,应用模型转子的计算结果,进一步阐明了对数衰减率与系统阻尼判据的共同不足是采集的信息太少。     

Silver Film Growth on Glass Ceramic by Radio Frequency Magnetron Sputtering

Thin silver films are deposited by radio frequency magnetron sputtering on glass ceramic at room temperature.Variations of sputtering power,bios voltage and power density are carried out for each deposition,then parts of as-deposited samples are subjected to annealing at 600 ℃ within a vacuum chamber.Structural properties are studied by X-ray diffraction(XRD),scanning electron microscope(SEM)and laser scanning confocal microscope(LSCM).It is shown that structural properties have a strong dependency on sputtering power and annealing temperature.Electrical contact resistance measured by a four point probe instrument is directly affected by the thickness of films.It is also found that the film conductivity,especially in thinner films,is improved by the increasing grain size.Finally,the film adhesion is observed by scratch tests.And the adhesive ability deposited by radio frequency magnetron sputtering shows a better performance than that produced by traditional methods.     

主动磁悬浮轴承系统实时不平衡力补偿控制

针对主动磁悬浮轴承(AMB)系统中与转速同频的周期性不平衡激励对系统稳定性以及其他性能的影响,提出一种基于变步长最小均方算法作为前馈补偿控制器的新的实时前馈自动平衡策略.此控制器能够提供适当的正弦信号用来补偿转子反馈位移信号中的与转速同频的不平衡响应,从而降低控制电流的波动以及减弱AMB系统的主动控制作用.通过分析标准LMS算法原理以及其在AMB系统实时滤波补偿应用中的不足,得到新的与转速成比例的LMS算法步长因子.实验结果表明,该算法能够在一个宽频带内实现实时不平衡力补偿控制,有效降低不平衡激励对系统基础的影响,为转子速度的进一步提高提供便利.     

轴系稳定性与支承轴承的关系

本文研究了大型旋转机械转子轴承系统的稳定性与每个支承轴承的关系,建立了轴承对整个轴系稳定性的贡献系数。贡献系数最大的轴承对稳定性的贡献最大;贡献系数最小的轴承是轴系中最危险的轴承。油膜失稳或油膜振荡往往由这个轴承首先激发。轴系稳定性主要取决于系统中敏感轴承的动特性系数。适当地改变这些轴承的结构型式或设计参数可以显著地提高轴系的稳定性裕度。分别对一个5支承的模型转子系统以及国产200MW汽轮发电机组进行了数值计算,结果表明本文的计算结果与机组的实测结果比较一致。此外还讨论了国产200MW机组轴承的改造方案,提出将发电机转子的两个轴承改换为椭圆轴承,不但可以有效地提高机组的稳定性,而且改造费用最低。