国产精品不卡在线,精品国产_亚洲人成在线高清,色亚洲一区,91激情网

磁懸浮軸承是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于磁軸承具有無磨損、壽命長、無需潤滑和支承特性可控等優(yōu)點(diǎn)，使得磁軸承在航空航天、真空潔凈、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、人工心臟泵、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域呈現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

由于具有位移負(fù)剛度特性，磁軸承必須通過閉環(huán)控制才能實(shí)現(xiàn)懸浮運(yùn)行。作為閉環(huán)控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子軸徑向位移的檢測(cè)具有十分重要的作用，位移檢測(cè)的精度及穩(wěn)定性在很大程度上會(huì)影響整個(gè)磁軸承系統(tǒng)性能。

傳統(tǒng)的磁軸承系統(tǒng)通過位移傳感器來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)。常用的位移傳感器主要有電渦流式、電感式、電容式、光電式等類型。然而，電容式和光電式雖然測(cè)量精度高，但無法適應(yīng)磁軸承在大多數(shù)工業(yè)應(yīng)用中的實(shí)際工作環(huán)境，除了實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件外很少應(yīng)用。

電渦流傳感器精度高，對(duì)工作環(huán)境要求低，其研究和應(yīng)用較多。于亞婷等通過有限元法研究和分析了圓柱線圈內(nèi)徑、外徑、厚度等級(jí)對(duì)電渦流傳感器線性范圍和靈敏度的影響；北航龐喜浪等設(shè)計(jì)了一種數(shù)字化的電渦流傳感器，但是其工作頻段在MHz級(jí)，處理電路復(fù)雜，成本較高，高頻渦流效應(yīng)對(duì)材料比較敏感。

電感式位移傳感器適裝性較好，價(jià)格相對(duì)較低，但精度和帶寬較電渦流傳感器略低，這方面的研究主要是通過有限元設(shè)計(jì)傳感器結(jié)構(gòu)、優(yōu)化工作頻率及提升系統(tǒng)帶寬等，如李巍等設(shè)計(jì)了一種分裝式差動(dòng)變壓器式電感傳感器，該傳感器一個(gè)自由度由分離裝配的兩部分組成，信號(hào)自動(dòng)構(gòu)成差動(dòng)輸出。與電渦流傳感器類似，由于位移測(cè)點(diǎn)與力作用點(diǎn)錯(cuò)位，該傳感器也無法測(cè)得磁軸承作用面處的位移。

總的來說，實(shí)際應(yīng)用較多的電渦流和電感位移傳感器仍存在以下缺點(diǎn)：①需要單獨(dú)的安裝空間，造成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加；②傳統(tǒng)磁軸承位移傳感器一般安裝在軸承磁極的側(cè)面，傳感器與軸承本體錯(cuò)位，使得傳感器到軸承本體的柔性轉(zhuǎn)子模態(tài)可能相位相反，進(jìn)而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。

為解決上述問題，近些年磁軸承系統(tǒng)的自傳感技術(shù)（或稱無位移傳感器技術(shù)）得到了較為廣泛的研究。相較于傳統(tǒng)磁軸承，采用自傳感的磁軸承存在諸多優(yōu)勢(shì)。自傳感技術(shù)簡化了位移傳感器檢測(cè)中的輔助電路，從而大大降低系統(tǒng)構(gòu)建的成本和復(fù)雜度。同時(shí)自傳感磁軸承的位移檢測(cè)與執(zhí)行器在結(jié)構(gòu)上一體化，軸承本體與位置檢測(cè)同位，避免了磁軸承因?yàn)槿嵝赞D(zhuǎn)子模態(tài)變化帶來的系統(tǒng)不穩(wěn)定。

對(duì)于自傳感技術(shù)，主要有兩種研究方法：參數(shù)估計(jì)法和狀態(tài)觀測(cè)法。參數(shù)估計(jì)法基本原理是檢測(cè)磁軸承中控制線圈自感的變化以得到轉(zhuǎn)子位移，其中又主要包括高頻小信號(hào)注入法和脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation, PWM）非線性參數(shù)估計(jì)方法。高頻小信號(hào)注入法在電機(jī)的無傳感控制領(lǐng)域研究較多，但對(duì)于磁軸承控制系統(tǒng)，國內(nèi)外對(duì)此研究較少。

任雙艷等分析了小信號(hào)注入法的檢測(cè)原理，并對(duì)單自由度的磁軸承系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究，且基于線性功率放大器實(shí)現(xiàn)，只能用于小功率場(chǎng)合，局限性較大。對(duì)于PWM非線性參數(shù)估計(jì)方法，由于磁軸承高頻開關(guān)信號(hào)可以代替外部信號(hào)作為載波信號(hào)對(duì)位移信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，可通過檢測(cè)控制電流中PWM紋波信號(hào)估計(jì)線圈電感值的大小。

浙江大學(xué)唐明對(duì)傳統(tǒng)的非線性參數(shù)估計(jì)模型進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)磁軸承在0~3000r/min內(nèi)自傳感穩(wěn)定運(yùn)行。浙江大學(xué)于潔等分析了渦流對(duì)電流紋波的影響，提出一種轉(zhuǎn)子位移估計(jì)策略，可提高位移估算精度。由于此法非常依賴電流紋波幅值的大小，因此對(duì)于采用三電平PWM開關(guān)功率放大器的磁軸承來說，實(shí)用性較差。

自傳感中的狀態(tài)觀測(cè)法是根據(jù)電壓控制型磁軸承系統(tǒng)建立狀態(tài)空間模型，由兩個(gè)差動(dòng)電壓及檢測(cè)到的電流計(jì)算得出轉(zhuǎn)子位移，但狀態(tài)觀測(cè)器對(duì)磁軸承的參數(shù)變化十分敏感，魯棒性較差，不利于工業(yè)應(yīng)用。綜上所述，目前磁軸承自傳感的研究均與實(shí)際應(yīng)用有較大距離。

針對(duì)以上問題，海軍工程大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種基于探測(cè)線圈檢測(cè)的新型復(fù)合位移傳感方法，其基本思路是：將探測(cè)線圈繞制在磁軸承鐵心上，并通以高頻激勵(lì)電壓，通過提取探測(cè)線圈中與高頻激勵(lì)相關(guān)的信息，解算位移的大小。

由于該檢測(cè)結(jié)構(gòu)與磁軸承控制執(zhí)行器相集成，且不依賴PWM電流紋波的大小，魯棒性較好，因此可有效解決傳統(tǒng)傳感器位移檢測(cè)中軸向不重合力問題和自傳感實(shí)用性差等問題。

圖1 復(fù)合傳感耦合方案

磁軸承位移復(fù)合傳感耦合模型如圖1所示，以八極磁軸承結(jié)構(gòu)為例，探測(cè)線圈繞制于磁極齒部，并通入高頻激勵(lì)，與控制繞組在磁路上相耦合。位移檢測(cè)基本原理為：當(dāng)轉(zhuǎn)子移動(dòng)時(shí)氣隙發(fā)生變化，磁路磁阻亦發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致線圈電感值發(fā)生改變，則通入高頻信號(hào)的線圈電信號(hào)也會(huì)發(fā)生變化。因此通過測(cè)量與高頻激勵(lì)相關(guān)的信號(hào)變化即可計(jì)算出位移大小。

圖2 試驗(yàn)平臺(tái)機(jī)械部分

圖3 試驗(yàn)平臺(tái)電路部分

仿真及實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示其靈敏度為1.2mV/mm，分辨率約為7mm，表明所提方法能有效實(shí)現(xiàn)位移測(cè)量，并且充分利用了磁軸承本體磁路，增加了磁軸承緊湊型，又克服了自傳感位移檢測(cè)方法魯棒性差等問題，為實(shí)現(xiàn)緊湊可靠的磁軸承位移測(cè)量奠定了基礎(chǔ)。

本文編自2021年第7期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“磁軸承復(fù)合位移傳感設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究”，作者為李志、蘇振中 等。