简论磁悬浮飞轮电池支承制约系统-技巧

论文导读：
摘要：磁悬浮支承系统是利用可控电磁力将转轴悬浮起来,是一个典型的开环不稳定系统,需要采取一定的制约策略才能保证其稳定运转。由此磁悬浮轴承制约技术直接决定磁悬浮系统的稳定性。而与磁悬浮主轴等磁悬浮支承系统相比,磁悬浮飞轮电池的飞轮圆盘体积大,惯性大,陀螺效应严重,而且其转子的转速不断变化,其动态特性不仅与支承特性有关,还与转子系统的动力学模型息息相关,转子系统动力学模型精确如否直接影响到支承制约系统的优劣,常规分散制约及PID制约很难满足其要求。由此,获得精确的转子系统动力学模型,设计性能良好的支承制约系统,是磁悬浮飞轮电池储能系统稳定工作的前提。本论文首先在浅析了磁悬浮飞轮电池系统结构的基础上,建立了刚性转子的动力学模型及其状态空间制约模型,运用有限元法推导出了柔性转子动力学模型,求取了转子在给定支承刚度下的无阻尼模态以及对应的三维模态,浅析了转子临界转速与轴承支承刚度的联系。其次,开发了磁悬浮飞轮电池支承制约系统软件模块。首先,针对磁悬浮飞轮电池转子系统为多输入多输出多耦合的特点,选取了以二次型函数为性能指标的线性二次型最优制约(LQR)策略来进行支承制约。然后,采取模态综合法对转子模型进行降阶,并利用matlab对刚性和柔性转子模型进行了制约系统仿真,仿真结果表明设计的线性二次型最优制约器能很好的抑制转子的振动。最后,搭建了磁悬浮飞轮电池支承制约系统硬件电路。主要包括：制约器、功率放大器、位移传感器、以及输入、输出信号的调理电路等。制约器采取DSP6713制约电路板,功率放大器是10路电压电流型集成式PWM功率放大器,位移传感器为电涡流位移传感器,设计了输入和输出信号调理电路以保证输入输出信号的准确性和稳定性。关键词：磁悬浮飞轮电池论文支承制约论文转子动力学论文模型降阶论文LQR论文
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目录5-7
英文字母縮写汇总7-8
第1章 绪论8-22

1.1 引言8-9

1.2 本课题探讨的目的和作用9-10

1.3 磁悬浮飞轮电池的工作原理及探讨近况10-18

1.3.1 磁悬浮飞轮电池的组成及工作原理10-12

1.3.2 磁悬浮飞轮电池的运用领域12-15

1.3.3 磁悬浮飞轮电池的探讨近况15-18

1.4 磁悬浮飞轮电池支承制约系统的探讨近况18-20

1.5 论文的项目支撑及探讨工作20-22

1.5.1 本论文的项目支撑20

1.5.2 本论文的主要探讨内容20-22

第2章 磁悬浮飞轮电池的结构及其转子动力学模型22-45

2.1 磁悬浮飞轮电池的结构22-24

2.

1.1 磁悬浮飞轮电池总体结构22-23

2.

1.2 磁悬浮飞轮电池转子结构23-24

2.2 磁悬浮飞轮电池刚性转子动力学模型24-28

2.1 磁悬浮飞轮电池刚性转子的数学模型24-27

2.2 刚性转子数学模型的状态空间表达式27-28

2.3 磁悬浮飞轮电池柔性转子动力学模型与浅析28-44

2.3.1 转子动力学浅析的有限元法28-38

2.3.2 磁悬浮飞轮电池柔性转子的动力学有限元模型38-40

2.3.3 磁悬浮飞轮电池柔性转子的临界转速及振动模态浅析40-44

2.4 小结44-45

第3章 基于模型降阶的磁悬浮飞轮电池支承制约系统软件探讨45-58

3.1 线性二次型最优制约45-48

3.

1.1 线性二次型最优制约论述45-47

3.

1.2 线性二次型最优制约器设计47-48

3.2 磁悬浮飞轮电池支承制约系统仿真48-57
3.

2.1 刚性转子支承制约系统仿真48-51

3.

2.2 柔性转子支承制约系统仿真51-57

3.3 小结57-58
第4章 磁悬浮飞轮电池支承制约系统硬件设计58-66

4.1 制约器59-60

4.2 功率放大器60-62

4.3 位移传感器62-63

4.4 输入输出信号调理电路63-64

4.5 支承制约系统硬件电路的搭建及实验探讨64-65

4.6 小结65-66

第5章 总结和展望66-68

5.1 探讨总结66-67

5.2 探讨展望67-68

致谢68-69
攻读硕士期间发表的论文69-70
参考文献70-73