付 靖,赵 轩,娄志浩

(河南工学院 机械工程学院,河南 新乡 453003)

0 引言

磁悬浮轴承的刚度和阻尼是体现其承载能力的重要参数。在采用PID控制算法进行反馈控制时,可以通过改变比例、积分和微分参数使刚度和阻尼特性发生改变[1-3]。

日本埼玉大学Takeshi Mizuno教授提出了多磁悬浮系统,包括串联磁悬浮系统和并联磁悬浮系统[4-6]。通过相关理论推导和实际验证,Takeshi Mizuno发现多磁悬浮系统具有可控性,且能在一定干扰力作用下维持系统稳定悬浮[7]。

本文在Takeshi Mizuno的研究基础上,采用PD控制算法对多磁悬浮系统的刚度进行仿真测量,并与单磁悬浮系统的刚度进行比较。此外,通过改变外部干扰力施加的位置,探索刚度的变化情况。

1 多磁悬浮系统介绍

将两个及以上的独立磁悬浮系统通过串联或者并联的形式组合为一个系统,该系统称为多磁悬浮系统。采用并联形式组合的为并联磁悬浮系统,采用串联形式组合的为串联磁悬浮系统。

1.1 串联磁悬浮系统

图1所示为串联磁悬浮系统示意图,用一个功率放大器同时驱动两个电磁铁线圈。使用时,将电磁铁1和电磁铁2的线圈串联在一起,形成闭合回路。也可将两个以上电磁铁线圈串联于同一回路中。

图1 串联磁悬浮系统示意图

1.2 并联磁悬浮系统

与串联磁悬浮系统类似,并联磁悬浮系统示意图如图2所示,也由一个功率放大器同时驱动两个电磁铁线圈,不同的是电磁铁1和2的线圈为并联连接。

图2 并联磁悬浮系统示意图

1.3 多磁悬浮系统的控制

对于图2中的多磁悬浮系统,其数学模型如何建立非常关键,多磁悬浮系统的控制相对于单磁悬浮系统有较大差异。……