永磁偏置混合式磁轴承及其控制方法的研究

永磁偏置混合式磁轴承及其控制方法的研究微型燃气轮发电机系统是目前分布式供电系统中的重要研究方向之一，由微型燃气轮机直接驱动同轴连接的高速发电机，转速通常在每分钟几万转到十几万转之间，常规的机械轴承难以适应如此高的运转速度，磁悬浮轴承是一种能适应这种高速运转的理想支撑设备之一。永磁偏置磁悬浮轴承采用永磁体产生的偏置磁场替代主动式磁悬浮轴承中的偏置电流，从而减小了磁悬浮轴承的功率消耗。

本文对永磁偏置磁悬浮轴承及其控制方法作了深入的研究。主要工作有：提出一种永磁偏置径、轴向一体化的磁悬浮轴承新结构，建立基于SIMULINK的考虑铁心磁饱和影响的永磁偏置磁悬浮轴承电磁力模型，分析转子偏心情况下偏置磁通和电磁力的变化规律，为控制系统设计提供了依据。

分析电涡流传感器同时存在变距离、变面积两种测量方式时，不同材料对电涡流传感器输出特性的影响，建立了电涡流传感器在这种测量方式下的数学模型，推导出转子径、轴向位移解算方法。针对永磁偏置磁轴承四磁极的结构特点，采用径向放置的电涡流传感器，实现转子径、轴向位移的一体化测量。

实验结果证明了该方法的可行性。提出一种采用斩波器调节线性功率放大器电源的新型功率放大器，使其不仅具有线性功率放大器电流波纹小、响应速度快的优点，同时又降低了功率放大器的损耗。

仿真研究表明，与线性功率放大器相比，该种新型功率放大器具有较高的动态响应速度和较低的稳态功率损耗。该功率放大器的可行性得到了实验验证。

分析了永磁偏置径向磁轴承两自由度之间电磁力耦合的原因，推导出考虑耦合影响的径向电磁力数学模型。提出了前馈补偿解耦控制策略和前馈补偿解耦算法。

仿真研究表明，采用本文提出的前馈解耦控制方法可以减小径向磁悬浮轴承间的电磁力耦合，提高转子位置的控制精度。