建立了电磁悬浮轴承的力学模型,对具有不平衡的转子的振动进行了控制分析,由于电磁悬浮轴承具有可控刚度和阻尼特性,因此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择控制系统参数,简化设计过程,对一实例进行了具体分析,证实这种方法可行,分析结果还表明,若控制参数选择合理,将获得令人满意的减振效果。

维普资讯 www.mianfeiwendang.com

第 l 6卷第 2期 212年 6月 ( 0

济南大学学报 (然科学版 )自 J OURNAL OF J NAN I UNI RS TY( e.& Te h ) VE I Si c .

vo . 6. 1 1 No.2

J ne 2 02 u,0

文章编号：6 1 5 9 2 0 )2—0 2—0 1 7—3 5 ( 0 2 0 11 3

电磁悬浮轴承刚度和阻尼设计 宋方臻，宋 渡，刘鲁宁

(南大学机械工程学院 .东济南 20 2 )济山 5 0 2

摘

要：立了电磁悬浮轴承的力学模型，具有不平衡的建对

在轮盘位置的刚度； e为转子的偏心距；U为转子转 c速；为控制电磁力； ( ) 砌 iw F -t=厂 s t为离心干扰 n 力。电磁力 F可表示如下

转子的振动进行了控制分析。由于电磁悬浮轴承具有可控刚度和阻尼特性，此可利用等效刚度和等效阻尼概念选择因控制系统参数，化设计过程。对一实例进行了具体分析，简

证实这种方法可行。分析结果还表明，控制参数选择合若 理，获得令人满意的减振效果 .将 .关键词：磁悬浮轴承； I调节器；制；子电 PD控转中图分类号： 5 5 1 TB 3 .文献标识码： A

F ( 糕 ( 而系数 c:—— _

( 2 ) ( j 3 )

现代工业中，们常利用磁悬浮轴承来解决各人种各样的技术问题，可作为机床主轴支承，成高如形

这里， o为真空磁导率； Ao为磁极面积；为 N

绕组匝数；o线圈偏置电流；,为 Xo为静态气隙； i为 动态控制电流。式 ()线性化为： 2可 F=口十 b z i () 4

速高精度主轴系统，高生产效率和加工精度，可提也作为各种高速转子的支承或减振器，现高速运转实的同时，低功耗，振降噪…。正是由于其独特降减 的性能，电磁轴承的研究越来越为世人所瞩目。

其中，口和 b分别称为位移刚度和电流刚度，可 表示如下[ ]一 r () 5 () 6

与普通轴承不同，悬浮轴承的机械性能既具 磁有可设计性，具有可控性。实际上，可控性是其又其 可设计性的自动

实现。可设计性是进行某种意义上

6= 4 1 o

最优控制的设计基础。一般来讲，悬浮轴承自动磁 控制系统的设计是比较复杂的。然而，利用被动若

系统已有研究结果，大大简化自动控制系统的设 将计过程，更有效地选取控制系统的参数。能 本文中以转子系统减振为目的，用上述思想利设计磁悬浮轴承的刚度和阻尼，而确定控制系统从 的参数。

1系统模型 采用 J f ot子，轮盘处施加电磁悬浮控 ef t转 c在 图 l电磁悬浮轴承不惹图

制，制电磁铁采用双线圈形式 (图 l所示 )则系控如， 统运动微分方程可表示为 (个方向 )一 ,I十志十 F=厂 t 7 7 ( )= 7C ic 7( s o 1. n t O () 1

由此可以看出， ( )的电磁力 F将在系统 式 1中中引入负刚度，引起系统失稳。为稳定系统，得易获较佳的综合性能，引入位移反馈。若控制方式选需

其中，为转子位移；为转子质量； Ⅲ k为转子

为 PD形式，采用电流控制方案，给出控制系 I并可 统流程，图 2所示。图 2中， ( ) P D调节器如 Gl S为 I

传递函数 收稿日J】2 01102 9:0 . 1 .0

第 -f齿简介：,9 1生， f男 16年教授，:研究生博 l=

GI㈦

= K十

十

() 7