磁悬浮轴承非定向差动控制方式研究

doi:10.3901/JME.2022.21.161

机械工程学报 ›› 2022, Vol. 58 ›› Issue (21): 161-170.doi: 10.3901/JME.2022.21.161

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磁悬浮轴承非定向差动控制方式研究

李超, 谢振宇, 吴传响, 王一建

南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室南京 210016

收稿日期:2021-11-12 修回日期:2022-04-23 出版日期:2022-11-05 发布日期:2022-12-23
通讯作者: 谢振宇(通信作者),男,1968年出生,博士,副教授,硕士研究生导师。主要研究方向为磁悬浮支承,转子动力学,机电一体化。E-mail:xiezy@nuaa.edu.cn
作者简介:李超,男,1995年出生。主要研究方向为磁悬浮轴承。E-mail:lichao_nuaa@163.com

Research on Non-directional Differential Control Strategy of Active Magnetic Bearing

LI Chao, XIE Zhengyu, WU Chuanxiang, WANG Yijian

National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016

Received:2021-11-12 Revised:2022-04-23 Online:2022-11-05 Published:2022-12-23

摘要/Abstract

摘要： 提出非定向差动控制方式，通过独立控制各差动磁极对，提高参与控制的最少差动磁极对数量，以提高磁悬浮轴承的承载能力。以16极径向磁悬浮轴承为例，详细介绍了非定向差动控制方式与常规差动控制方式，对比了两种控制方式的等效刚度和等效阻尼、复刚度和复阻尼、名义承载力等支承性能。通过高速旋转试验验证两种控制方式下系统的控制性能。理论分析结果表明，采用非定向差动控制方式时，磁悬浮轴承的承载能力提高了8.24%，最大承载力提高了30.657%。试验结果表明，采用非定向差动控制方式时，系统具有更好的控制效果。

关键词: 磁悬浮轴承, 非定向差动控制方式, 承载能力

Abstract: A non-directional differential control method is proposed. By independently controlling each differential magnetic pole pair, the minimum number of differential magnetic pole pairs participating in the control is increased to improve the bearing capacity of the active magnetic bearing. Taking 16-pole radial magnetic bearing as an example, the non-directional differential control method and the conventional differential control method are introduced in detail, and supporting performance such as the equivalent stiffness and equivalent damping, complex stiffness and complex damping, and nominal bearing capacity of the two control methods are compared. Verify the control performance of the system under the two control modes through high-speed rotation test. Theoretical analysis results show that when the non-directional differential control method is adopted, the bearing capacity of the magnetic bearing is increased by 8.24%, and the maximum bearing capacity is increased by 30.657%. The test results show that when the non-directional differential control mode is adopted, the system has a better control effect.

Key words: active magnetic bearing, non-directional differential control, carrying capacity

中图分类号:

TH133

李超, 谢振宇, 吴传响, 王一建. 磁悬浮轴承非定向差动控制方式研究[J]. 机械工程学报, 2022, 58(21): 161-170.

LI Chao, XIE Zhengyu, WU Chuanxiang, WANG Yijian. Research on Non-directional Differential Control Strategy of Active Magnetic Bearing[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(21): 161-170.

参考文献

[1] 胡业发, 周祖德, 江征风. 磁力轴承的基础理论及应用[M]. 北京:机械工业出版社, 2006. HU Yefa, ZHOU Zude, JIANG Zhengfeng. Basic theory and application for magnetic bearings[M]. Beijing:China Machine Press, 2006.
[2] SCHWEITER G, BLEULER H, TRAXLER A. Active magnetic bearing-basics, properties and application of active magnetic bearings[M]. Switzerland:ETH, 1994.
[3] 虞烈, 袁崇军. 主动磁轴承[M]. 北京:新时代出版社, 1997. YU Lie, YUAN Chongjun. Active magnetic bearing[M]. Beijing:New Era Press, 1997.
[4] 虞烈. 可控磁轴承转子系统[M]. 北京:科学出版社, 2003. YU Lie. Controllable magnetic bearing rotor system[M]. Beijing:Science Press, 2003.
[5] 赵雷, 丛华, 赵鸿宾. 可控磁悬浮轴承刚度与阻尼特性研究[J]. 清华大学学报, 1999, 39(4):96-99. ZHAO Lei, CONG Hua, ZHAO Hongbin. Research on stiffness and damping characteristics of controllable magnetic bearing[J]. Journal of Tsinghua University, 1999, 39(4):96-99.
[6] 哈尔滨工业大学教研室. 理论力学[M]. 北京:高等教育出版社, 2002. Teaching and Research Office of Harbin University of Technology. Theoretical mechanics[M]. Beijing:Higher Education Press, 2002.
[7] 汪希平. 电磁轴承系统的刚度阻尼特性分析[J]. 应用力学学报, 1997, 14(3):95-100. WANG Xiping. Analysis of stiffness and damping characteristics of active magnetic bearing system[J]. Chinese Journal of Applied Mechanics, 1997, 14(3):95-100.
[8] 赵雷, 张德奎, 杨作兴, 等. 电磁轴承最优刚度与系统结构参数关系的研究[J]. 机械工程学报, 2000, 36(12):62-64. ZHAO Lei, ZHANG Dekui, YANG Zuoxing, et al. Study on relationship between optimal stiffness and the structure parameters of AMB[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2000, 36(12):62-64.
[9] 谢振宇, 李克雷, 赵钦泉, 等. 磁悬浮阻尼器对磁悬浮转子系统动态特性影响[J]. 航空动力学报, 2008, 23(6):1088-1092. XIE Zhenyu, LI Kelei, ZHAO Qinquan, et al. Influence of magnetic damper on dynamic characteristics[J]. Journal of Aerospace Power, 2008, 23(6):1088-1092.
[10] 万金贵, 汪希平, 江鹏, 等. 磁悬浮支承转子系统动力学特性计算与分析[J]. 应用力学学报, 2008, 25(3):405-410. WAN Jingui, WANG Xiping, JIANG Peng, et al. Dynamic performance of rotor system supported by AMB[J]. Chinese of Applied Mechanics, 2008, 25(3):405-410.

[1]	黄健, 李朝阳, 陈兵奎. RV减速器用新型交错滚子主轴承承载能力分析与试验研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(7): 68-77.
[2]	王森, 韩雪艳, 李浩天, 李浩然, 李仕华. 具有大承载能力的环路解耦两转动并联机构综合方法研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(21): 68-77.
[3]	许翰宸, 王立辉, 廖宇航. 面向分布式电源的改进GWO-GS电网承载力提升方法^*[J]. 电气工程学报, 2021, 16(2): 141-148.
[4]	竺志大, 王文军, 寇海江, 曾励, 戴敏, 张帆. 磁悬浮轴承多自由度转子系统的协同控制建模与仿真研究[J]. 机械工程学报, 2021, 57(17): 173-184.
[5]	李冰, 周德俭, 徐武彬, 张一磊. 表面波纹度对滑动轴承转子系统稳定性的影响[J]. 机械工程学报, 2019, 55(19): 51-59.
[6]	熊万里, 胡灿, 吕浪, 郑良钢. 可控节流参数对液体静压轴承特性的影响研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(21): 63-71.
[7]	周丹, 高鑫, 易利详, 刘光复. 面向再制造低拆解损伤需求的过盈配合界面织构试验研究[J]. 机械工程学报, 2018, 54(21): 166-172.
[8]	朱建伟, 毛剑峰, 李曰兵, 包士毅, 高增梁. 临界热通量下反应堆压力容器的极限承载能力研究^*[J]. 机械工程学报, 2017, 53(2): 45-52.
[9]	陈奇, 黄守武, 张振, 邱明明. 考虑摩擦因素的两圆柱体表面接触承载能力的分形模型研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(7): 114-121.
[10]	田林雳, 高云凯, 安秀哲. 骨架式车身力流试验分析研究[J]. 机械工程学报, 2016, 52(10): 103-112.
[11]	王燕霜, 袁倩倩. 特大型四点接触球轴承沟曲率半径系数的设计方法[J]. 机械工程学报, 2015, 51(21): 80-86.
[12]	王念先,胡业发,吴华春,董如昊. 大气隙混合磁悬浮轴承承载力模型的研究[J]. 机械工程学报, 2015, 51(1): 153-160.
[13]	王燕霜;袁倩倩;曹佳伟;李璞;李燕. 特大型双排四点接触球轴承承载能力的研究[J]. , 2014, 50(9): 65-70.
[14]	田兴华;高峰;陈先宝;齐臣坤. 四足仿生机器人混联腿构型设计及比较[J]. , 2013, 49(6): 81-88.
[15]	谢振宇;龙亚文;徐欣. 零偏置电流磁轴承转子系统动态性能的试验研究[J]. , 2013, 49(15): 68-73.

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Research on Non-directional Differential Control Strategy of Active Magnetic Bearing

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