磁轴承系统的分析与控制
磁悬浮轴承的稳定性分析及优化设计
磁悬浮轴承的稳定性分析及优化设计磁悬浮轴承是一种先进的轴承技术，利用磁力作用浮起轴与轴承之间的接触，实现无接触的支撑和传动。
它具有低摩擦、高精度、高速度等优点，在航天、机械、电力等领域得到广泛应用。
然而，磁悬浮轴承的稳定性问题一直是研究的焦点。
本文将对磁悬浮轴承的稳定性进行分析，并提出优化设计的方法。
在磁悬浮轴承中，稳定性是一个至关重要的问题。
任何轴承系统都需要保持稳定的运行，以确保轴的平稳旋转。
对于磁悬浮轴承而言，稳定性问题更加突出，因为磁力是通过电磁线圈产生的，存在一定的不确定性和波动性。
首先，我们来分析磁悬浮轴承的稳定性问题。
磁悬浮轴承的稳定性主要受到以下几个因素影响：控制系统的稳定性、磁场不平衡和轴向力的干扰。
控制系统的稳定性是磁悬浮轴承稳定性的基础，它直接影响轴承的力与位移的关系。
若控制系统不稳定，会导致轴承力的不稳定，进而影响轴的稳定旋转。
磁场不平衡主要是指轴承线圈间的磁场不均匀，这会导致磁悬浮力的不稳定性。
轴向力的干扰是由于径向不均匀载荷或轴本身的质量不均匀引起的，它会使得轴承系统产生非线性力，从而影响系统的稳定性。
为了优化磁悬浮轴承的稳定性，我们可以采取以下方法。
首先，改进控制系统的稳定性。
可以采用现代控制理论中的自适应控制、模糊控制或神经网络控制等方法，提升控制系统的鲁棒性和自适应性，以应对复杂的工况变化和外部干扰。
其次，优化磁场分布。
通过优化磁悬浮轴承的结构设计和磁场控制算法，确保磁场分布均匀，减小磁场不平衡带来的影响。
最后，考虑轴向力的干扰。
可以通过轴向力的预测和补偿来消除其对系统稳定性的影响，例如使用力传感器和补偿机构进行实时测量和控制。
除了以上方法，我们还可以利用仿真技术对磁悬浮轴承的稳定性进行分析和优化设计。
通过建立准确的数学模型和计算模拟，可以预测系统的动态响应和稳定性。
基于仿真结果，可以进一步改进系统的设计参数和控制策略，以实现更好的稳定性性能。
总结起来，磁悬浮轴承的稳定性是研究的热点和难点之一。
磁轴承的工作原理
磁轴承的工作原理
磁轴承是一种特殊的轴承，它的工作原理是通过电磁力来支撑和悬浮转子，从而实现无接触的转子控制和传动。
磁轴承主要由控制器、传感器和电磁铁组成，具有高精度、高速度和高可靠性的特点。
接下来，我们将详细介绍磁轴承的工作原理。
1. 电磁铁原理
磁轴承中的电磁铁是磁场生成的关键。
当电流通过电磁铁时，会在周围产生磁场，磁场的极性和大小与电流的方向和大小有关。
利用这个特性，可以实现对转子的控制。
2. 控制器原理
磁轴承中的控制器具有控制和保护作用。
控制器通过传感器检测转子的位置和速度，并根据其反馈的信息调整电磁铁的电流，以实现对转子的支撑和悬浮。
同时，控制器还负责保护系统的稳定性和安全性。
3. 传感器原理
磁轴承中的传感器主要用于检测转子的位置和速度，并将其反馈给控制器。
传感器通常使用霍尔传感器、光电传感器或电容传感器等，这些传感器可以实现高精度、高速度的测量，确保转子的稳定运行。
4. 磁悬浮原理
磁轴承的核心技术是磁悬浮原理。
在磁轴承中，通过电磁铁在周围产生的磁场，实现对转子的支撑和悬浮，使转子从轴承中完全脱离，不
存在接触和摩擦。
通过调整电磁铁的电流和磁场强度，可以实现对转子的悬浮和控制，使其达到高速、高精度和高可靠性。
总之，磁轴承实现轻质化、高速化以及长寿命的重要技术手段，它的基本原理是通过电磁力来支撑和悬浮转子，实现无接触的转子控制和传动。
作为一种先进的轴承技术，磁轴承将会在很多新兴领域得到广泛应用。
磁悬浮轴承原理图
磁悬浮轴承原理图磁悬浮轴承是一种利用磁力悬浮支撑旋转机械轴的轴承，它不需要接触式的机械支撑，能够实现非接触式的旋转支撑，因此具有无磨损、无摩擦、无振动、无噪音、无润滑等优点，被广泛应用于高速旋转机械领域。
磁悬浮轴承的原理图如下：（图1，磁悬浮轴承原理图）。
磁悬浮轴承由上、下磁悬浮子系统和控制系统组成。
上磁悬浮子系统包括定子和励磁系统，下磁悬浮子系统包括转子和传感器系统。
定子是由一组电磁铁组成的，这些电磁铁被固定在机械设备的外部。
当电流通过这些电磁铁时，它们会产生磁场，这个磁场会与转子上的磁体相互作用，从而使转子悬浮在定子上并保持旋转。
励磁系统是用来提供电流给定子上的电磁铁的系统。
它通常由功率放大器、传感器和控制器组成。
传感器用来监测转子的位置和速度，控制器根据传感器的反馈信号来调节功率放大器输出的电流，以维持转子的稳定悬浮。
转子是由一组永磁体组成的，这些永磁体被固定在机械设备的内部。
当定子上的电磁铁产生磁场时，它们会与转子上的永磁体相互作用，从而使转子悬浮在定子上并保持旋转。
传感器系统用来监测转子的位置和速度，它通常由位移传感器和速度传感器组成。
位移传感器用来监测转子相对于定子的位置，速度传感器用来监测转子的旋转速度。
传感器系统将监测到的数据反馈给控制系统，控制系统根据这些数据来调节励磁系统的输出，从而维持转子的稳定悬浮。
控制系统是用来控制励磁系统的系统，它通常由控制器、传感器和功率放大器组成。
控制器根据传感器系统反馈的数据来调节功率放大器的输出，以维持转子的稳定悬浮。
总的来说，磁悬浮轴承利用电磁力实现了旋转机械轴的非接触式支撑，它由上、下磁悬浮子系统和控制系统组成，通过励磁系统和传感器系统来实现转子的稳定悬浮。
磁悬浮轴承具有无磨损、无摩擦、无振动、无噪音、无润滑等优点，被广泛应用于高速旋转机械领域。
磁悬浮轴承系统的控制设计
磁悬浮轴承系统的控制设计学生姓名沈炯锋指导老师贺红林摘要：磁悬浮轴承（简称磁轴承）是一种新型的支撑部件，是一种典型的机电一体化产品。
与传统轴承相比，它具有无接触、回转速度高、无磨损等特点,在航空航天、机械工程、机器人等高科技领域内，具有广泛的应用前景。
磁轴承的工作性能主要取决于其控制系统的好坏。
因此，本文着重地研究了磁轴承的控制系统的设计问题。
通过对磁轴承的发展历史和研究现状进行总结和回顾，论文首先简要地介绍了磁轴承的工作原理及其典型结构；然后，根据磁学和动力学的有关理论建立起了单自由度向心磁轴承的运动方程模型；紧接着，文中提出并研究了磁轴承闭环控制系统的结构方案；为了保证磁轴承工作的性能，文中引入了不完全微分的PID算法对其进行控制，同时还以MATLAB为工具对PID控制器的参数进行了整定；为了检验控制实施后磁轴承的性能,本文还从时域和频域等多方面对系统进行了仿真，结果表明，基于PID控制的磁轴承系统能获得预期的性能；在论文的最后，作者对全文进行了总结，并对进一步的研究工作进行了展望。
关键词：磁轴承系统 PID算法控制设计性能仿真指导老师签名：A design of control system on magnetic bea r ingsPrepared by: Shen JiongfengSupervisor: He HonglinAbstract:As a new kind of supporting components and a typical metronics product, magnetic bearings have many advantages such as no contact, high speed, and no abrasion etc. Magnetic bearings can be applied in many fields such as aviation and spaceflight , mechanical engineering and robot . The performance of control system is the key for the magnetic bearings to work steadily, so, the most important work in this paper is to design a steady control system.By the review of the history and the development of the magnetic bearings, the work principle and typical structure of such a bearing is introduced firstly; and then, based on magnetism and dynamics the kinematical equation of the bearing is built; after that, a control structure using PID law is proposed and studied. At the same time, the controller parameter is given; for verifying the performance of magnetic bearing with PID controller, the control system is analyzed by MATLAB in many aspects such as time domain and frequency domain. The result indicated that the magnetic bearings, which based on PID control, could acquire anticipant performance. Finally, the summary of this paper and the vista of further study are given by the author.Key words: magnetic bearings PID law design of controller simulation The signature of supervisor:目录1、绪论 (1)1.1、磁悬浮轴承简介 (1)1.2、磁悬浮轴承的基本原理 (2)1.3、磁悬浮轴承的研究现状与发展 (3)1.4、论文的主要工作 (6)2、磁悬浮轴承机械系统的设计 (8)2.1、磁悬浮轴承的结构及材料 (8)2.2、磁悬浮轴承系统的结构布置形式 (8)2.3、电磁铁的设计 (9)2.4、初始参数的选择 (11)3、磁悬浮轴承动力学模型的建立 (13)3.1、单自由度转子的数学模型 (13)3.2、转子的位移方程 (14)4、控制系统分析 (16)4.1、控制系统概述 (16)4.2、控制系统方框图 (18)4.3、传感器 (19)4.4、功率放大器 (20)4.4.1、线性功放 (21)4.4.2、开关功放 (21)4.5、控制器 (22)4.5.1、系统校正的概念 (22)4.5.2、校正的分类 (22)4.5.3、PID控制器 (23)5、控制系统的设计 (27)5.1、控制策略的选择 (27)5.2、控制系统主要元器件参数选择 (28)5.3、控制系统的性能指标 (29)5.4、控制系统仿真工具简介 (30)5.4.1、MATLAB介绍 (31)5.4.2、SIMULINK3.0 (32)5.5、控制器参数整定及仿真分析 (33)5.5.1、动态特性参数法（Ziegler-Nichols整定公式） (33)5.5.2、基于SIMULINK的仿真 (37)5.5.3、结果分析 (45)6、总结与展望 (47)致谢 (48)参考文献 (49)1、绪论1.1 磁悬浮轴承简介现代机械工程都在朝着信息化、自动化、智能化发展，近几十年的发展表明，在现代机械工程领域里，几乎所有有生命力、有发展前途、有较大影响的新技术、新工艺和新生科研方向都集中在机电一体化（mechantronics）领域。
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承是一种利用磁场力来支撑和定位旋转轴的新型轴承，它不需要机械接触，可以实现非接触支撑和旋转，因此具有无摩擦、无磨损、无振动、无噪音、高转速、高精度等优点，被广泛应用于高速旋转机械设备中。
磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
首先，磁悬浮轴承的工作原理之一是磁悬浮力原理。
磁悬浮轴承利用电磁铁或永磁体产生的磁场力来支撑和定位旋转轴，使其悬浮在磁场中。
当旋转轴偏离原定位置时，磁场力会对其产生作用，使其返回原定位置。
磁悬浮力的大小和方向可以通过改变电磁铁或永磁体的电流或磁场强度来控制，从而实现对旋转轴的支撑和定位。
其次，磁悬浮轴承的工作原理还涉及磁力传感器原理。
磁力传感器可以实时监测旋转轴的位置和姿态，将这些信息反馈给控制系统，从而实现对旋转轴的实时控制。
磁力传感器通常采用霍尔效应、磁阻效应、磁感应线圈等原理来测量磁场的变化，将磁场信号转换为电信号，并传输给控制系统进行处理。
最后，磁悬浮轴承的工作原理还包括控制系统原理。
控制系统通过对磁悬浮力和磁力传感器反馈信号的处理，实现对旋转轴的精确控制。
控制系统通常采用PID 控制、模糊控制、神经网络控制等方法，根据旋转轴的实时状态和运行要求，调节磁悬浮力的大小和方向，使旋转轴保持稳定运行。
综上所述，磁悬浮轴承的工作原理主要包括磁悬浮力原理、磁力传感器原理和控制系统原理三个方面。
通过磁悬浮力的支撑和定位、磁力传感器的实时监测和控制系统的精确调节，磁悬浮轴承可以实现对旋转轴的非接触支撑和精确控制，具有广阔的应用前景。
磁悬浮轴承的控制与优化设计
磁悬浮轴承的控制与优化设计磁悬浮轴承作为现代机械工程领域的一项重要技术，具有许多独特的优势。
其悬浮部分完全无接触，没有摩擦产生的热损失，减小了能耗和维护成本。
此外，磁悬浮轴承还能实现快速、精确的轴向位置控制和旋转速度控制，为高速机械系统提供了更好的运动精度和可靠性。
本文将探讨磁悬浮轴承的控制与优化设计。
磁悬浮轴承的控制主要包括控制方法和控制系统的设计。
常用的磁悬浮轴承控制方法有自由控制和主动控制两种。
自由控制是指利用磁悬浮轴承自身的特性来实现稳定悬浮的控制方式。
主动控制则需要利用传感器和反馈控制系统来实现对悬浮部分的控制。
在实际应用中，主动控制更为常见，因为它可以提供更高的控制精度和灵活性。
控制系统的设计是磁悬浮轴承控制的关键。
一般来说，控制系统包括传感器、控制器和电磁部分。
传感器用于测量被控对象的状态，例如轴的位置、速度和振动等。
控制器根据传感器的反馈信息计算出控制信号，用来调节电磁部分的工作状态。
电磁部分则产生磁力，实现对轴的悬浮和运动的控制。
磁悬浮轴承的优化设计可以从多个方面入手。
首先，需要考虑磁悬浮轴承的结构设计。
轴承的结构应该符合被悬浮物体的运动需求，同时减小系统的质量和能耗。
其次，还可以优化控制算法。
随着控制算法的不断改进，磁悬浮轴承的控制性能得以提升。
例如，采用模糊控制、神经网络控制和自适应控制等先进算法，可以实现更高精度的控制。
此外，还可以考虑优化磁悬浮轴承的能量转换效率，以提高系统的整体效能。
针对磁悬浮轴承的控制和优化设计问题，研究者们进行了大量的工作。
例如，一些研究人员提出了基于自适应滑模控制器的磁悬浮轴承控制方法，通过在线调节控制器的参数，实现了对不同工况下的控制性能的优化。
还有一些研究者提出了基于遗传算法的优化设计方法，通过对磁悬浮轴承结构参数进行优化，提高了系统的性能指标。
这些研究工作为磁悬浮轴承的控制和优化设计提供了有益的参考。
总之，磁悬浮轴承的控制与优化设计是实现高速、精密运动的关键环节。
磁悬浮轴承的设计和控制
磁悬浮轴承的设计和控制随着科技的不断进步，磁悬浮轴承作为一种新型的轴承技术，逐渐引起了人们的关注。
它的出现不仅提升了机械设备的性能，还改变了传统轴承的运行方式。
本文将探讨磁悬浮轴承的设计原理和控制方法，以及与传统轴承相比的优势。
1. 磁悬浮轴承的设计原理磁悬浮轴承是通过电磁原理实现对轴的支承和稳定。
它由电磁悬浮部分和控制部分组成。
电磁悬浮部分包括固定部分和旋转部分，固定部分由电磁铁和轴承复合体组成，旋转部分则是装载在轴上的磁体。
通过控制电磁悬浮部分的电流，可以调节磁悬浮轴承与轴之间的力的大小和方向。
磁悬浮轴承的设计原理主要包括磁力支撑、磁力定位和磁力恢复三个方面。
磁力支撑是指通过向轴施加一个与重力相等且方向相反的力，使得轴悬浮在空中。
磁力定位则是通过调节支撑力的大小和方向，实现轴在水平方向上的位置控制。
磁力恢复是指通过控制轴与磁体之间的力，使得轴能够在受到外力作用后迅速恢复到平衡位置。
2. 磁悬浮轴承的控制方法磁悬浮轴承的控制方法主要分为闭环控制和开环控制两种。
闭环控制是通过给定轴的位置和速度信号，利用传感器和控制算法计算出合适的电流信号，控制电磁悬浮部分的电流大小和方向，从而实现轴的稳定运行。
开环控制则是通过预先设置电流信号，将其直接送至电磁悬浮部分，忽略轴的位置和速度变化，从而实现对轴的基本控制。
闭环控制是磁悬浮轴承常用的控制方法。
其主要包括位置控制和速度控制两个环节。
位置控制是通过传感器感知轴的位置，并与给定的位置信号进行比较，得出控制误差，然后根据控制算法计算出相应的电流信号。
速度控制是在位置控制的基础上，增加了速度传感器，通过对速度信号进行反馈和控制，实现对轴的更精确控制。
3. 磁悬浮轴承与传统轴承的比较与传统轴承相比，磁悬浮轴承具有许多优势。
首先，磁悬浮轴承没有机械接触，消除了传统轴承由于摩擦和磨损产生的问题，大幅提高了轴承的使用寿命。
其次，磁悬浮轴承具有低摩擦系数和高转速特性，减小了能量损耗和轴向受力，提高了机械设备的效率。
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承原理
磁悬浮轴承是一种高精密、高速度、无接触的轴承系统，广泛应用于旋转机械设备中。
磁悬浮轴承通过磁场力使得转子悬浮在轴承上，从而实现无接触的运转。
其原理如下：
1. 磁力悬浮：磁悬浮轴承由固定部分和转子部分组成。
固定部分包括铁芯和磁体，转子部分包括转子和磁体。
当外部电源通过固定部分的磁体通电时，磁体会产生磁场。
在转子部分的磁体通电的情况下，磁场产生一个与固定部分相互作用的力。
这个力能够使得转子部分悬浮在固定部分的磁场中。
2. 反馈控制：为了保持转子部分的稳定悬浮，磁悬浮轴承还需要反馈控制系统。
反馈控制系统通过传感器感知转子的位置、速度和轴线方向，将这些信息传递给控制器。
控制器根据传感器的反馈信息，调整固定部分的磁场力大小和方向，使得转子部分保持稳定的悬浮状态。
通过不断的调整磁场力，磁悬浮轴承能够抵消转子产生的不稳定力，实现高速旋转的精确控制。
3. 磁浮轴承的优势：与传统的机械轴承相比，磁悬浮轴承具有许多优势。
首先，它可以实现高速运转，因为没有直接的接触，摩擦损耗很小。
其次，磁悬浮轴承可以实现无摩擦、无磨损的运行，可以大大延长机械设备的寿命。
此外，磁悬浮轴承可以精确控制转子的位置和速度，提高运行的稳定性和精度。
最后，由于没有润滑油，磁悬浮轴承的维护成本较低，更加环保。
综上所述，磁悬浮轴承通过磁力悬浮和反馈控制的原理，实现
了无接触、高速度、高精密的轴承系统。
它在机械制造、电力传输、航空航天等领域具有广泛的应用前景。
轴向磁轴承的结构设计与性能优化
轴向磁轴承的结构设计与性能优化引言轴向磁轴承是现代工程中常用的一种无接触式磁悬浮轴承，其通过利用磁场来支撑和定位转子，避免了机械摩擦和磨损问题，具有高转速、高可靠性和长寿命等优点。
本文将探讨轴向磁轴承的结构设计与性能优化的相关问题。
1. 轴向磁轴承的结构设计1.1 磁场生成与控制轴向磁轴承的核心是磁场的生成和控制。
通常使用的轴向磁轴承结构由定子和转子构成。
定子上设置有电磁线圈，通过通电产生磁场，从而吸引或排斥转子。
为了实现精确的控制，通常采用PID控制算法，利用传感器监测转子位置，并通过反馈控制来调整电磁线圈的电流，从而维持磁悬浮状态。
1.2 磁力传递与支撑轴向磁轴承通过磁力传递来支撑转子。
磁力的大小与转子位置及定子电流有关。
为了提高轴向磁轴承的承载能力和稳定性，需设计合理的磁力传递结构。
常用的结构有磁力簧和永磁体。
而磁力的传递主要通过磁场的引导来实现，需设计合理的磁场形状和电磁线圈布局。
1.3 磁悬浮轴承与基座设计磁悬浮轴承的设计不仅包括定子和转子，还需要考虑基座的设计。
基座起到支撑磁轴承和转子的作用。
合理的基座设计能够提高轴向磁轴承的稳定性和安全性。
在设计中需考虑基座的材料选择、刚度和精度等要素。
2. 轴向磁轴承的性能优化2.1 承载能力优化轴向磁轴承的承载能力与磁力的大小相关。
为了提高承载能力，可采用增加电磁线圈的匝数、提高电流密度、优化磁力传递结构等方法。
此外，还可以通过增加永磁体的数量和磁力矩等手段来提高承载能力。
2.2 稳定性优化轴向磁轴承的稳定性与转子位置的准确度和响应速度有关。
在设计中需考虑传感器的精度和响应时间，保证对转子位置的准确测量和快速反馈控制。
此外，还需考虑磁场的稳定性和控制算法的优化，以提高系统的稳定性。
2.3 动态性能优化轴向磁轴承的动态性能表现为转子的旋转速度和响应时间。
为了提高动态性能，可采用提高电磁线圈的响应时间、优化传感器的采样频率和控制算法的速度等方法。
此外，还可以采用基座结构的优化和减小转子惯性矩等方式提高动态性能。
磁悬浮轴承稳定性分析
磁悬浮轴承稳定性分析磁悬浮轴承（Magnetic Bearing）是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。
与传统的滚珠轴承，滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子的转速可以运行到很高，具有机械磨损小，能耗低，噪声小、寿命长、无需润滑，无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境。
这项技术是20世纪60年代中期在国际上开始研究的一项新的支撑技术。
在各个领域都有着广泛的应用。
本文主要分析磁悬浮轴承的稳定性问题。
文章的第一部分介绍了磁悬浮轴承在国际和国内的发展与研究现状，并分析了磁悬浮轴承的一些特点。
文章的第二部分对磁悬浮轴承的稳定性进行了讨论，先论证了永磁轴承无法实现自稳定，然后对电磁轴承的稳定性进行了分析。
关键词：磁悬浮，轴承，电磁轴承，永磁轴承，稳定性第一章引言第一节磁悬浮轴承的研究背景国际上很早就有了利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想, 但其实现却经历了很长的一段时间。
1842 年, Earnshow 证明: 单靠永磁体不能将一个铁磁体在所有 6 个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态.真正意义上的磁悬浮研究开始于20世纪初的利用电磁相吸原理的悬浮车辆研究，1937 年, Kenper 申请了第一个磁悬浮技术专利, 他认为，要使铁磁体实现稳定的磁悬浮, 必须根据物体的悬浮状态不断的调节磁场力的大小,因此必须采用可控电磁铁,这也是以后开展磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。
随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展, 20世纪 60 年代中期对磁悬浮技术的研究跃上了一个新台阶。
日本、英国、德国都相继开展了对磁悬浮列车的研究。
资料记载: 1969 年, 法国军部科研实验室(LRBA ) 开始对磁悬浮轴承的研究; 1972 年,第一个磁悬浮轴承用于卫星导向轮的支撑上, 从而揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。
此后, 磁悬浮轴承很快被应用到了国防、航天等各个领域。
1983年11月，美国在搭载在航天飞机上的欧洲空间试验仓里采用了磁悬浮轴承真空泵; 同年，日本将磁悬浮轴承列为 80 年代新的加工技术之一, 1984 年, S2M 公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本电磁轴承公司, 在日本生产、销售涡轮分子泵和机床电磁主轴等。
磁悬浮轴承的动态刚度分析研究
磁悬浮轴承的动态刚度分析研究磁悬浮轴承是现代高精度旋转设备中的重要组成部分。
与传统的机械轴承相比，磁悬浮轴承具有摩擦小、可靠性高、维护简便等优点。
因此在高速列车、风力发电设备、石油化工机械等领域得到了广泛应用。
然而，由于磁悬浮轴承的工作原理与结构复杂，其动态刚度问题一直是制约其性能提升和使用领域拓展的瓶颈。
磁悬浮轴承动态刚度的研究需要综合考虑电磁场、力学特性和控制算法等因素。
在电磁场方面，磁悬浮轴承的稳定性和动态特性都受到电磁场的影响。
因此，在设计磁悬浮轴承时需要对其电磁特性进行分析和优化。
在力学特性方面，由于磁悬浮轴承受力产生的原因与传统机械轴承不同，因此需要研究其受力机理和影响因素。
在控制算法方面，磁悬浮轴承的控制系统需要能够实时跟踪转子位置和速度，并通过调整磁力力矩来实现对转子的支撑和控制。
因此，研究磁悬浮轴承的控制算法对于提高其动态刚度具有重要意义。
磁悬浮轴承的动态刚度研究是一个综合的课题。
首先，在电磁特性方面，需要研究轴承电磁场的分布和变化规律，以及其对轴承动态刚度的影响。
其次，在力学特性方面，需要研究轴承刚度的来源、变化规律以及内部结构对刚度的影响。
最后，在控制算法方面，需要研究不同的控制算法对轴承动态刚度和稳定性的影响，并提出优化算法。
在电磁特性方面，磁悬浮轴承的稳定性和动态特性主要取决于轴向和径向两个方向的电磁场分布。
通过数值模拟和实验测试可以得到轴承电磁场在不同电流和转速条件下的分布和变化规律。
在此基础上，可以分析轴磁悬浮轴承电磁场的变化对轴承动态刚度和稳定性的影响。
在力学特性方面，磁悬浮轴承的刚度分为静态刚度和动态刚度。
静态刚度指的是轴承在静止状态下承受的载荷与转子位移之间的关系，而动态刚度则是指轴承在旋转状态下承受的频率响应特性。
轴承刚度的变化取决于轴承内部结构和材料的特性。
通过有限元分析等方法可得到轴承的刚度特性，并进一步研究其对轴承动态刚度的影响。
在控制算法方面，磁悬浮轴承控制系统的优化是提高轴承动态刚度和稳定性的关键。
电磁推力轴承中的控制系统
｝ 上 ｝ｎ ￡
一 Ｃ１＋ ｋ
一
电学 ： 功 放 器 传 递 函数 即
是 的函数 ， 故
Ｇ （ ）＝ ｏｓ
忽 略 互 感 后 电 磁 铁 端 电压 与 电 流 的关 系如 下 “ １＝ 矾 ＋ ￡ ）ｄ Ｌ ・ｄ （ ｉ＋ ３ ｘ
６ 位 置 传 感 器的 选择
化率 低 、 效 性 好 、 性 好 、 率 特 性 好 、 声 低 、 时 线 频 噪
， — — 平 衡 时 两个 线 圈 中 的 电 流 ｎ
ｉ — 线 圈 中 的 电 流 增 量 —
— —
转 子 在 轴 上 的静 位 移
当 转 子 无 外 力 干 扰 时 ， 动 方 程 为 运
ｌ
３ 力 学 方程
对 于 图 １ 示 的 推 力 电磁 轴 承 系统 ， 据 电 所 根
超 高 速 旋 转 ， 动 、 声 也 非 常 小 ； 于 不 使 用 润 振 噪 由
滑 剂 ， 以 很适 合 在 特 殊 环境 中 （ 温 、 温 、 空 所 高 低 真 中 ） 用 。 随着 科 学 技 术 的发 展 ， 使 电磁 轴 承 的应 用
范 围 将会 越 来 越 广 泛 。
ｌ 电磁 轴 承 原 理
ｍ
ｃ
譬 １ ２ ｘ
：
则
ｍ ２ ｄｘ
＝
ｃ
— ｃ 一
［ ） （ ）一 （ 一 ］
力 学 系统 的传 递 函 数
式 中 Ｆ — — 转 轴 轴 向 弹簧 作 用 力 ｋ— — 弹 簧 弹 性 系数
Ｇ （ ）＝ ＬＳ
一
４ 电学 方程
关 键 词 ： 磁 推 力 轴 承 ； 号 ：Ｐ １ ．２ Ｔ３９７ 文 献 标 识 码 ： Ｂ 文 章 编 号 ：００—３６ （ ０２ １ —０ ０ —０ １０ ７２ ２ ０ ）１ ０ ８ ３
磁悬浮轴承工作原理(一)
磁悬浮轴承工作原理(一)磁悬浮轴承工作原理什么是磁悬浮轴承？磁悬浮轴承是一种无接触、无摩擦的轴承，利用磁场来支撑和旋转轴件。
它能够有效减少摩擦损耗和机械磨损，提高设备的工作效率和寿命。
磁悬浮轴承的主要部件磁悬浮轴承由控制系统、传感器和磁场发生器构成。
控制系统控制系统是磁悬浮轴承的核心部件，负责控制磁场的强弱和方向，以保持轴承的稳定工作状态。
它根据传感器反馈的信号，实时调整磁场发生器的输出参数。
传感器传感器用于检测轴承的位移、速度和加速度等参数。
常用的传感器包括位移传感器、速度传感器和加速度传感器。
它们通过将物理量转化为电信号，传输给控制系统，进一步实现对磁场的调控。
磁场发生器磁场发生器产生磁场，用于对轴承进行支撑和悬浮。
常用的磁场发生器包括电磁铁和永磁体。
它们通过电流或永久磁铁的磁场作用，产生稳定的磁力，使轴承悬浮起来。
磁悬浮轴承的工作原理磁悬浮轴承的工作原理基于磁力的相互作用。
1.轴承主体悬浮：通过控制系统控制磁场发生器产生磁力，使轴承主体轻松悬浮在磁场中。
此时，轴承不会直接接触到任何实体表面，减少了摩擦损耗和能量消耗。
2.轴件定位：利用传感器检测轴件的位移，并传输给控制系统。
控制系统根据位移信号，通过调整磁场发生器的输出，将轴件定位在设定的位置上。
这样轴件的转动轴心始终与轴承主体重合，确保精准的旋转。
3.响应速度调节：传感器还能够检测轴件的速度和加速度等参数。
通过对速度信号的反馈控制，控制系统能够实时调节磁场的强弱，以适应工作状态的变化。
例如在负载突增时，控制系统可以迅速增大磁力，以防止轴件失去平衡。
磁悬浮轴承的应用领域磁悬浮轴承在许多领域得到了广泛应用，特别是在高速旋转机械和精密仪器中。
•高速轴承：磁悬浮轴承可以减少摩擦和磨损，实现高速旋转，提高机械效率。
•高精度测量仪器：磁悬浮轴承能够提供精确的轴心定位，保证测量结果的准确性。
•磁浮列车：磁悬浮轴承可用于实现列车的悬浮和推动，有效减少摩擦阻力，提高运行速度。
磁悬浮轴承设计方法
磁悬浮轴承设计方法磁悬浮轴承是一种新型的轴承，它采用了磁力悬浮技术，实现了轴承与转子之间的无接触运转。
相比传统的机械轴承，磁悬浮轴承具有更高的精度、更长的使用寿命和更低的摩擦损失。
因此，在高速旋转设备、超导磁体等领域得到广泛应用。
本文将介绍磁悬浮轴承设计方法。
一、磁悬浮轴承基本原理1. 磁力平衡原理磁悬浮轴承采用电磁铁产生强大的磁场，使得转子在空气中自由运动，因此必须保持稳定的平衡状态。
当转子偏离中心位置时，控制系统会通过调节电流来调整电磁铁产生的力，使得转子回到平衡位置。
2. 控制原理控制系统是磁悬浮轴承最重要的组成部分之一。
它通过传感器感知转子偏离中心位置的情况，并通过计算机算法来调整电流大小和方向，以达到稳定平衡状态。
控制系统的设计需要考虑转子质量、磁力大小、传感器精度等因素。
二、磁悬浮轴承设计步骤1. 确定轴承类型磁悬浮轴承可以分为永磁悬浮轴承和电磁悬浮轴承两种类型。
永磁悬浮轴承是利用永久磁铁产生的稳定磁场来支撑转子，具有结构简单、稳定性高等优点；电磁悬浮轴承则是通过电流产生的强大磁场来支撑转子，具有可调性强等特点。
根据实际需求选择合适的类型。
2. 确定材料和尺寸磁悬浮轴承的材料和尺寸直接影响其性能和使用寿命。
一般采用高强度、耐腐蚀、耐高温的材料制作，如不锈钢、钛合金等。
尺寸方面需要考虑转子质量、工作环境等因素。
3. 设计电路电路设计是控制系统中最重要的一环。
它需要根据实际情况选择合适的电源、传感器和控制器，并进行电路布局和调试。
在设计电路时需要注意安全性和稳定性，避免出现电路故障。
4. 安装调试安装和调试是磁悬浮轴承设计中最关键的环节。
它需要将轴承组件精确地安装在设备上，并通过仪器对控制系统进行调试，以达到最佳的工作状态。
在安装调试过程中需要注意安全性和精度要求。
5. 测试验证测试验证是磁悬浮轴承设计中最后一个环节。
它需要对轴承进行各种实验，如负载实验、高速旋转实验等，以验证其性能和可靠性。
混合型磁轴承励磁及控制分析
１３ 悬 浮 原 理 ．
轴 向力 和转 矩 Ｉ 转 子的 磁感应 强度 ： ２ ］ Ｂ （，＝ Ｒｏ（ ２ ） Ｒ ｔ Ｂ ｃｓｔ ０ ０） ｍ－
度 ；ｔ 时 间 。 一 定 子两 端 的磁感应 强度 ：
与上 下两个 电磁 铁偏 置绕 组构成 的偏磁 回路产 生 的偏 置 磁场 吸力作 用下 处 于悬 浮的平 衡位 置 。假 设转 子 受 到一 个 向下 的外 扰 ，转子 就会偏 离其 平 衡位 置 向下 运 动 ， 由 于转 子 上下 气 隙的 问隙变 化 ，使得 其 磁通 变 化 。即 ：上
间 隙增大 ，磁通 减小 ；下 间 隙减小 ，磁 通 增加 。此 时传
（） １
其 中 ：Ｂ 一 磁感 应 强度 的 幅值 ；０ 一转 角 ；（ 角 速 １ ） 一
感器 检测 出转 子偏离 其平 衡 位置的 位移 信 号 ，经 过控 制 器 和功率放 大器 ，将 位移 信号 转变 为控 制 电 流 ，该 电流 经过 转 子上 下两 个 电磁 铁 的 控制 绕 组 ，产生 控 制 磁 通 ， 使气 隙 １ １ 的磁 通 增加 ，而 气 隙 ２ ２处 的 气 隙减 少 。 —处 — 从 而使 转子再 次 回到平衡 位置 ＿ １ Ｊ 。
转 子和 定子 的磁 感应 强度 的合成 分别 为 ：
１２ 结 构 ．
径 向碰 轴承 悬浮 利用 普通径 向磁轴 承 支撑 ，其 轴 向
ｆｓ Ｂ ＣＳｅ 一 ０ ＋ Ｂ ＋ ｃｃ ｓｍ－ ０ ￣） Ｂｔ ＲＯ（ ｔ２ ） （ ｕ Ｂ ）ｏ（ ２ － ＝ Ｏ ｔ ｔｓ Ｂ ＣＳ￣ 一 ０ ＋ Ｂ ｃｃ ｓ ｔ２ 一 Ｂ２ ＲＯ（ ｔ２ ） （ 『Ｂ ）ｏ（ 一 ０ ） ＝ ￣
０ 引 言
目前 ，磁 轴承 的研 究 主要集 中在 径 向 电磁轴 承 ，对
磁悬浮轴承系统的振动特性分析与控制
磁悬浮轴承系统的振动特性分析与控制概述：磁悬浮轴承是一种新型的轴承技术，通过利用磁场力实现对转子的悬浮和定位，从而消除了传统机械轴承的摩擦和磨损，提高了轴承系统的可靠性和工作效率。
然而，磁悬浮轴承系统也存在振动问题，这不仅会影响系统的性能和稳定性，还可能引发设备的故障和损坏。
因此，对磁悬浮轴承系统的振动特性进行分析与控制具有重要意义。
一、磁悬浮轴承系统振动的成因1.1 系统结构磁悬浮轴承系统由磁悬浮轴承、转子、传感器和控制器组成，其中磁悬浮轴承是实现悬浮和定位的关键元件。
磁悬浮轴承系统的结构复杂，由于各个部件之间的耦合作用和不同频率的振动相互干扰，容易引起系统的振动。
1.2 不平衡转子的不平衡是磁悬浮轴承系统振动的一个主要原因。
由于加工和装配的误差以及使用过程中的磨损，转子可能存在质量分布不均匀的情况，从而导致系统的振动。
1.3 控制策略磁悬浮轴承系统的控制策略对系统的振动特性有很大影响。
不同的控制策略会产生不同的激励信号，从而引起系统的振动。
因此，合理选择控制策略并优化控制参数对减小系统振动具有重要意义。
二、磁悬浮轴承系统振动的分析方法2.1 频谱分析频谱分析是研究振动信号的常用方法，可以将信号分解成由不同频率组成的谱线，从而了解系统的振动特性。
通过对磁悬浮轴承系统振动信号进行频谱分析，可以确定系统中存在的主要频率成分，为后续的振动控制提供依据。
2.2 模态分析模态分析是分析系统振动模态的方法，可以通过计算系统的固有频率和振型来研究系统的振动特性。
对磁悬浮轴承系统进行模态分析，可以得到系统的固有频率和振型，从而了解系统的振动机理。
2.3 动力学模型建立磁悬浮轴承系统的动力学模型是理解系统振动特性和进行振动控制的关键。
根据系统的结构和工作原理，可以建立磁悬浮轴承系统的数学模型，从而通过仿真和分析得到系统的振动特性，并设计合理的控制策略。
三、磁悬浮轴承系统振动的控制方法3.1 主动控制方法主动控制方法是通过对磁场力进行调节，控制转子的位置和姿态，从而减小系统的振动。
轴向磁轴承参数设计与性能分析
果表明 ：轴向悬浮力具有较好 的线性 和对称性 ，有利于控制器及 功放 电路的简化 与设 计 ；轴 向磁轴 承结构和参 数 设计 合理 ，所设计 的样机能够满 足性 能要求 。 关键词 ：无轴承电机 ；单 自由度主动磁轴承 ；参数设计 ；非线性 ；有 限元分析
中 图分 类 号 ：Ｔ ０ ． Ｍ３３ ５ 文献 标 志 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —８ ８ ２ １ ）Ｏ０ ２ —４ ０ １６４ （０ ０ １ ．０ ２０
微 电 机
轴 向磁 轴 承 参 数 设 计 与 性 能 分 析
蔡 敏 ，朱 烷秋
２２１） １０ ３ （ 江苏大学 电气信息工程学院，镇江 摘
要 ：介绍 了无轴承 电机 轴向单 自由度主动磁轴 承结 构和工作原理 ，阐述 了其悬 浮力产 生原理 ，导出 了轴 向悬
浮力 方 程 ，对 轴 向 主 动 磁 轴 承 进 行 了参 数 设 计 向 悬 浮 力 非 线 性 特 性 进 行 ｔｂ软 ｌ 了 分 析 ，给 出 了仿 真 图 ；利 用 有 限元 分 析 软 件 Ａ ｓｆ建 立 了试 验 样 机 模 型 ，采 用 三 维 有 限 元 法 对 试 验 样 机 的结 构 ｎｏ ｔ 和 磁 路 进 行 了 仿 真 分 析 ，并 进 行 三 维 有 限 元 参 数 化 分 析 得 到 了 轴 向 力／ 流 关 系 曲 线 。理 论 研 究 和 有 限 元 分 析 结 电
ｂ ａ ｎ ｒ ｅ ｖ ｄ．Ｔｈ ｏ ｌｎ ａ ｔ ｅａｉｎｓａ ｎ ｘａ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｆｒ ｅ ｒ ａ ｃ ｌｔ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｅ ｒ ｇ ｗｅ ｅ ｄ ｒ ｅ ｉ ｉ ｅ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｙ ｒ ｌｔｏ ｍｏ ｇ ａ ｉ ｌｓ ｓ ｅ ｓｏ ｏｃ ｓｗｅ ｅ ｃ ｌｕ ａｅ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｉ ｕ ｉ ｇ Ｍａｌｂ ｓ ｆｗａ ｅ， ｔ ｅ ｆｇ ｒ ｓ ｏ ｉ ｌ ｔ ｎ ｗｅ ｅ ｇｖ ｎ．Ｔ ｅ ｅ ｐ ｒｍｅ ｔｐ ｏｏｙ ｅ ｗａ ｅ ｉｎ ｄ ｉ ｏ — ｓｎ ｔａ ｏｔ ｒ ｈ ｕ ｅ ｆｓｍｕ ａ ｉ ｒ ｉ ｅ ｉ ｏ ｈ ｘｅ ｉ ｎ ｒ ｔｔ ｐ ｓｄ ｓｇ ｅ ｎ ｓ ｆ ｔ ｗａ ｅ Ａｎ ｏ ．Ｔ ｅ ｃ ｎ ｇ ｒｔｏ ｎ ｇ ｅｉ ａｈ ｏ ｈ ｘ ｅ ｍｅ ｔｐ ｏｏｙ ｅ ｗｅ ｅ ａ ａｙ ｅ ｙ ｕｓｎ ｒ ｓ ｆ １ ｈ ｏ ｆ ｕ ａ ｉｎ ａ ｄ ｍａ ｎ ｔ ｐ ｔ ｆｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｒ ｔｔ ｐ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ｉ ｇ ３ ｉ ｃ ｉ Ｄ・ ＦＥＭ ．Ｔｈ ｘａ ｏ ｃ — ｕ ｒ ｎ ｕ ｖ ｓｗｅｅ ｄ ｒｖ ｄ ｂ ｅ ａ ｉｌｆｒ ｅ ｃ ｒｅ ｔｃ ｒ ｅ ｒ ｅ ｅ ｙ ３Ｄ ａ ａ ｔｒｚ ｔ ｎ ａ ａｙ ｉ ｕ ｔ ｅ ｌ ｉ ｐ ｒ ｍｅ ｅｉａｉ ｎ ｌ ｓｓ ｆ ｒｈ ｒ ｏ ｙ．Ｔｈ ｈ ｏ ｙ ｒ — ｅ ｔ ｅ ｒ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ ｉｉｅ ｅｅ ｎ ｎａｙ ｉ ｅ ｕ ｔ ｈａ ｅ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅａ ｉ ｌｓ ｓ ｅ ｓｏ ｏ ｃ ｓｈ ｖ ｒ ａ ｉ ｅ ｒｔ ｎ ｅ ｒ ｈ ａ ｄ ｆ ｔ ｌｍｅ ｔａ ｌｓｓｒ ｓ ｌ ｖ ｈ ｗｎ ｔ ａ ｈ ｘａ ｕ ｐ ｎ ｉｎ ｆ ｒｅ ａ ｅ ｇ ｅ ｔｌｎ ａ ｉｙａ ｄ ｎ ｓ
磁悬浮轴承控制系统企业标准
磁悬浮轴承控制系统企业标准一、术语和定义本标准采用以下术语和定义：1.磁悬浮轴承系统：一种利用磁场力使转子悬浮在空中的无接触轴承系统。
2.控制系统：用于控制磁悬浮轴承系统的硬件和软件系统。
二、磁悬浮轴承系统的要求1.性能要求：磁悬浮轴承系统应能够提供稳定的支撑力，实现高速、高精度、高灵敏度的旋转运动。
2.稳定性要求：磁悬浮轴承系统应能够在各种工作条件下保持稳定的性能，包括温度、湿度、气压等。
3.可靠性要求：磁悬浮轴承系统应具有高可靠性，能够保证长时间稳定运行，并能够抵御外部干扰。
4.维护性要求：磁悬浮轴承系统应具有易于维护和修理的特点，能够方便地进行日常保养和维修。
三、控制系统硬件设计1.硬件构成：控制系统应包括传感器、控制器、执行器等组成部分。
2.传感器设计：传感器应能够准确地检测转子的位置和速度，并将信号传输给控制器。
3.控制器设计：控制器应能够根据传感器的信号，通过计算和控制算法输出控制信号，控制执行器的动作。
4.执行器设计：执行器应能够根据控制信号产生相应的动作，实现对转子的控制。
四、控制系统软件设计1.软件构成：控制系统软件应包括数据采集、控制算法、运动控制等模块。
2.数据采集：数据采集模块应能够实时采集传感器的位置和速度信号。
3.控制算法：控制算法模块应能够根据采集的数据进行计算和控制，输出控制信号。
4.运动控制：运动控制模块应能够根据控制信号控制执行器的动作，实现对转子的精确控制。
五、性能测试方法1.测试环境：测试应在规定的条件下进行，包括温度、湿度、气压等。
2.测试设备：测试设备应包括测试仪器、传感器、执行器等。
3.测试方法：测试应按照规定的步骤进行，包括静态测试和动态测试。
4.测试报告：测试结束后应编写测试报告，记录测试结果和分析结果。
六、安全性评估1.安全标准：安全性评估应按照相关的安全标准进行。
2.安全分析：安全性评估应对系统的安全性进行分析，包括危险识别、风险评估、安全措施等。
电磁进动轴承系统的仿真与优化研究
电磁进动轴承系统的仿真与优化研究近年来，电磁进动轴承系统备受关注。
它不仅结构简单，维护成本低，而且能够满足高速旋转的需要。
不过，电磁进动轴承系统也存在一些不足之处。
比如其输电量过大、转子容易发生失衡等问题。
针对这些问题，学者们进行了大量的研究，不断对其进行优化和改进。
一、电磁进动轴承系统的基本原理电磁进动轴承系统由定子和转子两部分组成。
定子部分通常采用传统的电磁铁设计，而转子部分则由可旋转的强磁性铁芯组成。
当电磁铁通电后，会在转子上产生旋转磁场。
由于转子铁芯本身的强磁性，它会被吸引并开始旋转。
通过调整电流和磁场强度，可以控制转速和转动方向。
二、电磁进动轴承系统的主要应用电磁进动轴承系统广泛应用于高速机械、航空航天领域。
这类机械对运转稳定性和精度要求极高，同时也需要承受大量的负载。
由于电磁进动轴承系统能够提供高速，同时又不会对转子产生太大的负载，因此得到了广泛的应用。
三、电磁进动轴承系统的问题与挑战虽然电磁进动轴承系统具备许多优点，但是它也存在一些不足之处。
其中最大的问题就是输电量过大。
传统的电磁进动轴承系统需要不断地供电才能够完成稳定旋转，这对能源的消耗非常严重。
同时，由于转子的旋转惯性导致的重力和离心力比较大，转子容易发生失衡。
这会导致机器的振动变大，影响运转稳定性和精度。
为了解决这些问题，学者们对电磁进动轴承系统进行了大量的研究与优化。
使用先进的控制系统可以减少输电量，同时还能够提高转子的稳定性和精度。
此外，也可以将货币投资用于开发更加先进和节能的电磁进动轴承系统，以提高其效率和性能。
四、仿真与优化研究电磁进动轴承系统的仿真与优化研究是非常重要的。
利用现代技术，例如计算机仿真等，可以更好地解决电磁进动轴承系统存在的一些问题。
同时，仿真和优化也是电磁进动轴承系统不断发展和进步的基础。
具体来说，仿真和优化研究可以帮助研究人员对电磁进动轴承系统进行深入的分析和研究，包括系统的结构、性能和参数等方面。
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Engineering Master Degree Dissertation ofChongqing UniversityThe Control and Analize of MagneticSuspension SystemMaster Degree Candidate: Du Tian XuSupervisor: Prof. Chai YiPluralistic Supervisor: Senior Engineer Xiao Xin Zhong Specialty: Control EngineeringCollege of AutomationChongqing UniversityOctober 2007摘要磁悬浮轴承是一种没有任何机械接触的新型高性能轴承，它从根本上改变了传统的支承形式。
磁轴承在工业控制、超高速、精密加工、航空航天、机器人、能源、交通等高科技领域都有广泛的应用背景。
它具有回转精度高、功耗低、刚度高、寿命长等一系列独特的优点，因此近年来对其研究颇为重视。
磁悬浮轴承技术涉及多个领域，多项技术的交织，研究和开发利用的难度较大，对其研究力度正在进一步加强。
经过30 多年的发展，磁悬浮轴承在国外的应用场合进一步扩大，从应用角度看，在高速旋转和相关高精度的应用场合磁悬浮轴承具有极大的优势并已逐渐成为应用研究的主流。
磁轴承实验系统包括单入单出系统辨识、多入多出系统辨识、经典控制器设计、线性反馈系统、非线性控制综合、多变量控制综合以及自适应控制设计。
本文介绍了电磁轴承的现状及发展趋势，阐述了电磁轴承工作的基本原理和当前的一些控制方法。
在认为水平方向与竖直方向解耦的情况下，利用状态空间法对磁轴承实验系统的数学模型进行分析。
考虑到机理建模时忽略了转子的柔性，传感器、电流放大器以及悬浮力的非线性，所得到的模型是不完全的，利用了系统辨识的办法来研究系统模型。
由于转子的柔性、作用于转子上的电磁力关于位移和控制电流的非线性引起了转子谐振，本文对最大谐振进行了简单的滤波处理。
并设计了一个二阶滤波器。
磁轴承系统是一个不稳定的机电系统，设计控制器使其稳定是必要的。
磁轴承具有四路补偿器，利用实验系统的三路补偿器对系统进行单入单出设计。
在进行控制器设计的过程中，首先是在利用实验系统部分控制器的基础上进行的。
通过对系统模型的分析，采用了常用的含微分环节的超前校正。
在单入单出的基础上，考虑水平方向与竖直方向解耦，可采用分散控制的办法，考虑到频域法的直观性，以水平方向为例尝试了多入多出的设计。
本文在控制器的设计上选用了四种方法进行，分别是SISO 磁轴承系统的古典控制设计，SISO 磁轴承系统的现代控制设计，磁轴承的MIMO 设计，含补偿器的输出反馈设计。
并分析了各自的优缺点，对系统整体有个较好的比较。
关键词：磁悬浮轴承，控制，稳定性，系统辨识ABSTRACTMagnetic Bearing is a kind of good performance bearing which didn’t d irectly touch with other machine. It is very different from the traditional form of supporting. In the filed of high.tech such as industrial control, super high.velocity, precision process，avigation and spaceflight, robot, energy sources, transportation and so on, Magnetic Bearing have extensive background of application. It has many advantages, so we spend much time in researching in it. By 30 years development, Magnetic Bearing is more and more used in foreigner country. Magnetic Bearing research experiment may include single.input single.output identification, multi.input multi.output identification, classical control design, feedback linearization, nonlinear control synthesis, multivariable control synthesis, adaptive control design.In this paper, we introduce the status quo and trend of Electromagnetic Bearing, expatiate the basic operational theory. In our experiment, we consider horizontal direction and perpendicular direction decouple, so we utilize state space description analysis system model. Think about the rotor bend and the electromagnetic force which is the nonlinear function of displacement and control current, the model is not good; we use single.input single.output identification to canalize the model. Because the rotor bend and the electromagnetic force which is the nonlinear function of displacement and control current, system tend to resonance. In this paper, one filter is proposed for the first resonance. It is necessary to design controller for Electromagnetic Bearing which is an unstable system。
Electromagnetic Bearing have four controllers, we use the some controllers of itself for the design of SISO, following that, we design the MIMO system in frequency domain which base on the polynomial matrix theory.This paper has four methods in the design of control item. These are classic control design of SISO Magnetic Bearing system; modern control design of SISO Magnetic Bearing system; MIMO design of Magnetic Bearing system; the out.put feedback design of compensator. Then analyze the advantages and disvantages of each method, I have a good understanding and comparison.Keywords: Magnetic Bearing, Control, Stability, Analysis system model目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.1.1 课题目的及意义 (1)1.1.2 磁轴承的发展趋势 (1)1.2 磁轴承系统的控制 (2)1.2.1 磁轴承系统的各种控制方法 (2)1.2.2 转子不平衡性的消除方法 (4)1.3 本文内容介绍 (5)2磁轴承实验系统简介 (6)2.1 磁轴承的基本原理 (6)2.1.1 磁悬浮轴承工作原理 (6)2.1.2 磁轴承悬浮力的计算 (8)2.2 实验系统介绍 (8)2.2.1 磁轴承系统 (8)2.2.2 构件参数 (9)2.3 本章小结 (11)3磁轴承系统的理论分析与模型建立 (12)3.1 刚性转子数学模型 (12)3.1.1 刚性转子力学特性分析 (12)3.1.2 SISO 磁轴承系统的状态空间描述 (14)3.2 磁轴承系统模型的进一步研究 (16)3.2.1 转子柔性 (16)3.2.2 涡流和磁滞 (17)3.3 本章小结 (17)4实验系统的辨识 (19)4.1 辨识机理 (19)4.1.1 开环辨识 (19)4.1.2 闭环辨识 (19)4.2 辨识磁轴承实验系统 (21)4.3 模型匹配 (22)4.4 本章小结 (24)5滤波器设计 (25)5.1 模拟滤波器设计原理 (25)5.2 系统谐振分析与设计 (26)5.2.1 谐振分析 (26)5.2.2 滤波器特性分析 (28)5.3 滤波器的物理实现 (29)5.3.1 滤波电路结构 (29)5.3.2 参数计算 (30)5.4 本章小结 (32)6控制器设计 (33)6.1 模型的简化 (33)6.2 磁轴承的SISO 设计 (34)6.2.1 SISO 磁轴承系统的古典控制设计 (34)6.2.2 SISO 磁轴承系统的现代控制设计 (37)6.3 磁轴承的MIMO 设计 (39)6.3.1 双入双出系统分析 (39)6.3.2 含补偿器的输出反馈设计 (41)6.4 本章小结 (44)7结致论 (45)谢 (46)参考文献 (47)附录 (49)1 绪论1.1 课题背景1.1.1 课题目的及意义磁悬浮轴承也称磁轴承，是利用磁场力将轴承无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种新型高性能轴承。