径向磁力轴承力耦合与其软件解耦方法研究王晓光.pdfVIP

第 24 卷　第 10 期 武　汉　理　工　大　学　学　报 V o l. 24　N o. 10 2002 年 10 月 JO URNAL O F W UHAN UN IVERSITY O F TECHNOLO GY 　O ct. 2002 ( ) 文章编号: 167 1443 1 2002 径向磁力轴承力耦合及其软件解耦方法研究 王晓光　胡业发　江征风　周祖德 (武汉理工大学) 　 摘　要: 　分析了径向磁力轴承的力耦合问题, 给出了耦合力大小和方向按圆周方向的分布规律。在研究径向磁力轴承 的差动控制原理的基础上, 探讨了径向磁力轴承力耦合的软件解耦方法。 关键词: 　磁力轴承; 　力耦合; 　解耦; 　差动控制 中图分类号: 　 333. 3 文献标识码: 　 T P A 根据磁力轴承工作原理, 磁悬浮转子在实际工作时, 存在着磁耦合、力耦合、力矩耦合[ 1, 2 ]、轴向轴承与径 [3 ] [4 ] [ 5 ] 向轴承的力耦合 、位移传感器间的信号耦合 、转矩耦合 。对于各种耦合现象有的采用模拟方法进行解 [4 ] 耦, 有的采用硬件方法进行解耦 。因为磁悬浮系统的耦合现象与磁特性、非线性、结构特性等因素有关, 是 一个复杂的过程。因此, 在对耦合机理和相关参数的影响没有完全了解之前, 在数字控制的系统中, 采用软件 进行解耦有许多方便和优越之处。 1　径向磁力轴承的力耦合 现以 8 极磁悬浮主轴系统的某一时刻的状态为例, 导出径向 磁力轴承的力耦合。假设磁悬浮转子在初始时不存在偏心, 各磁极 通以偏置电流 , 主轴所受各方向的电磁力大小相等。转子在外载 i0 荷的干扰下偏离磁力轴承的几何中心, 产生了大小和方向如图 1 的偏心。由于径向磁力轴承的对称性, 图中只画出了径向磁力轴承 一对磁极的情况。 由磁力轴承的工作原理, 可以导出径向磁力轴承面积微元 A 所产生的电磁力[2, 5 ] : 图 1　转子与定子处在偏心下的几何关系 k c 1 ( ) 2 ( ) 2 R - r [ 1 - C co s - ] e f i = ( 1 + 2N ) b ( 1 + 2N ) b - arcsin ( ) ≤ ≤ + arcsin ( ) 　　　N = 0, 1, …, 7 8 2R 8 2R 0　　= 其它值 2 2 ( ) 其中, c = 0 0 8, e = - , 为磁力轴承的厚度。 表示磁极序号, 以直角坐标系逆时针方向排 k n i R L C e R r