动力磁悬浮轴承转子位移检测系统研究

论文摘要

目前，数控机床的发展方向为高速度、高精度、大负载，实现该目标的关键技术是支承转子的轴承和驱动电机的性能。动力磁悬浮轴承(简称为动力磁轴承)继承并发展了磁悬浮轴承支承技术，将并转矩功能与悬浮功能融为一体，具有无接触、无摩擦、高速、高精度、结构紧凑等优点，可在高速机床主轴的支承和驱动方面发挥更大作用。目前国内外动力磁轴承均处于试验研究阶段，将其产品化还有一定的困难。其中转子位移检测系统能否精确检测转子位移并为控制系统提供可靠的信号、从而精确控制转子的悬浮是一个重要问题。本文对动力磁轴承转子位移检测系统进行研究，设计出传感器的安装和测量方式以及传感器输出信号处理电路，对位移检测系统中因电涡流传感器检测坐标与控制坐标不一致所引起的误差进行分析，并提出相应的解决措施。分析了电涡流传感器的线性特性，并提出了通过DSP软件编程进行线性校正的方法。计算出动力磁轴承定、转子温升，分析了动力磁轴承中转子的温度场分布。对检测系统中的重要器件——电涡流传感器的温度特性进行了分析，提出在动力磁轴承系统温度场变化的情况下对位移检测系统进行软件温度补偿的方法。以上述设计与分析为基础，建立了基于DSP(数字信号处理器)和电涡流传感器的转子位移检测系统。介绍了电磁兼容原理，并对系统进行了电磁兼容性设计。另外，针对目前位移检测系统的发展趋势，提出了集成位移检测系统的研究方案。将传感器的信号处理电路与控制电路相集成，为传感器的集成化、智能化及多参数检测奠定基础。最后，对全文内容进行了总结。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 绪论
• 第一章 动力磁轴承转子悬浮原理及位置控制
• 1.1 动力磁轴承转子悬浮原理
• 1.1.1 动力磁轴承中电磁力
• 1.1.2 转子悬浮原理
• 1.2 转子位置控制
• 1.2.1 转子径向位置运动方程
• 1.2.2 转子位置控制
• 本章小结
• 第二章 转子位移检测系统设计
• 2.1 转子位移检测系统传感器
• 2.1.1 传感器选用要求
• 2.1.2 非接触式位移传感器
• 2.2 传感器标定与安装
• 2.2.1 传感器标定
• 2.2.2 传感器安装
• 2.3 传感器输出信号调理电路
• 2.4 DSP特点
• 2.5 检测系统误差分析
• 2.5.1 电涡流位移传感器引起检测误差
• 2.5.2 电涡流传感器与悬浮力控制坐标轴不一致引起测量误差
• 2.6 电涡流传感器线性特性分析与系统校正
• 本章小结
• 第三章 动力磁轴承系统温度场分析与转子位移检测系统温度补偿
• 3.1 温度场基本理论
• 3.1.1 温度场相关概念
• 3.1.2 温度场理论计算方法
• 3.2 动力磁轴承系统温升计算
• 3.2.1 动力磁轴承系统铜损
• 3.2.2 动力磁轴承系统铁损
• 3.2.3 动力磁轴承系统热量散失
• 3.2.4 动力磁轴承温升计算
• 3.3 动力磁轴承转子系统温度场有限元分析
• 3.3.1 ANSYS热分析原理及方法
• 3.3.2 转子温度场有限元分析
• 3.4 电涡流传感器温度特性分析及系统补偿
• 本章小结
• 第四章 位移检测系统电磁兼容性设计
• 4.1 电磁兼容性原理
• 4.2 位移检测系统电磁干扰分析
• 4.2.1 干扰源
• 4.2.2 干扰途径和敏感设备
• 4.3 位移检测系统电磁兼容性设计
• 4.3.1 器件选择和线路板设计
• 4.3.2 地线设计
• 4.3.3 屏蔽设计
• 4.3.4 滤波设计
• 本章小结
• 第五章 集成位移检测系统
• 5.1 集成传感器
• 5.2 集成位移检测系统
• 5.3 集成位移检测系统电路
• 5.4 集成位移检测系统软件流程
• 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢