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本文针对片状转子和片状转子磁悬浮轴承系统的特点,推导了转子在系统中的运动微分方程,分析了转子在受到电磁力控制时各自由度之间的耦合状态,在机械结构优化后系统只在轴向控制中因陀螺力矩产生耦合,主要表现形式为水平面内两个转动自由度之间的耦合。建立了系统的空间状态方程,结合分析陀螺力矩的成因,说明了在轴向存在耦合的系统中必然会产生陀螺力矩且陀螺力矩会随着转速升高而增大,影响系统的稳定性。分别介绍了2DOF-PID控制算法和交叉反馈PID解耦算法的组成结构及原理,并使用Simulink软件分别搭建了两种算法的控制器仿真电路,对其特性进行仿真研究,结果表明:2DOF-PID控制器可以使系统在保证抗干扰性的同时获得更好的目标值跟踪特性,而交叉反馈PID解耦控制器可以有效补偿陀螺力矩实现解耦效果,且在转速越高的情况下补偿效果越强,过补偿或欠补偿则不能完全抵消耦合效果。介绍了在CCS集成系统中开发2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器的相关设计要点和技术手段。分别在片状转子磁悬浮轴承系统上对2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器进行了实验,并与之前使用模拟PID控制器的数据进行了比较。实验结果表明:2DOF-PID控制器和交叉反馈PID解耦控制器比模拟控制器的控制效果要好,而相比于提高单路动态性能的2DOF-PID控制器,交叉反馈PID解耦控制器更适合片状转子的磁悬浮控制。而在片状转子的旋转过程中,陀螺力矩引起的耦合是影响其稳定性的主要因素。