摘要
主动磁悬浮轴承（Active Magnetic Bearing，AMB）作为一种使用电磁力提供承载力的高性能新型轴承，因其具有无接触摩擦、无油污、寿命长等优点，使其在高速电机、船舶、航空发动机涡轮泵、各类定位系统、飞轮储能系统等领域有着广泛的应用前景。随着铁磁材料和新型开关器件技术的发展，AMB在控制性能等方面将进一步得到提升。本文以八极式径向主动磁悬浮轴承（Active Radial Magnetic Bearing，ARMB）作为研究对象，对其系统动力学、悬浮控制策略以及参数设计等方面进行研究，主要研究工作如下： 本文首先对AMB的控制策略、以及功率放大器两大方面的研究进程进行了总结分析，并根据ARMB系统组成分析了其工作原理；基于八极式ARMB基本结构参数，建立了单自由度磁轴承模型，同时建立了以单自由度为基础矩阵形式的转子动力学模型。数学模型通过MATLAB和Maxwell联合对比仿真，初步验证了其正确性。 其次，为避免磁轴承转子出现过冲碰壁问题，本文重点分析了ARMB系统的动力学问题，包括理论动力学分析和实测动力学分析。通过对比分析绘制的理论和实测运动相关量曲线，剖析了二者存在偏差的原因，并对理论动力学分析进行修正，推导了电磁偏移角的最佳角度，进一步验证了数学模型的正确性和实用性，为后文控制策略的提出提供了理论支持。 然后根据ARMB系统动力学分析，提出实现转子稳定悬浮的控制策略。首先，以实现稳定悬浮避免过冲的限制条件为着手点，提出最大控制和最小控制两种模式，应用前期理论动力学分析推导出两种控制模式下的作用点和时间范围；其次，解析了PWM调制策略，推算出功率放大器允许电流最大变化率；最后通过系统的仿真分析确定了最佳作用点和作用时间。 最后，为进行实验验证，设计了磁轴承相关参数，包括定子内径、定子齿占空比、线圈匝数等和系统软硬件，硬件部分包括对主控芯片的选型、功率放大器的设计、位移传感器和电流传感器的选择，软件部分包括主流程、传感器线程、算法控制线程等。实验结果验证了所提出的控制策略能有效避免转子过冲并实现良好的悬浮性能。
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