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磁悬浮轴承系统的控制设计

磁悬浮轴承系统的控制设计

学生姓名沈炯锋

指导老师贺红林

摘要：磁悬浮轴承（简称磁轴承）是一种新型的支撑部件，是一种典型的机电一体化产

品。与传统轴承相比，它具有无接触、回转速度高、无磨损等特点,在航空航天、机械工程、

机器人等高科技领域内，具有广泛的应用前景。磁轴承的工作性能主要取决于其控制系统

的好坏。因此，本文着重地研究了磁轴承的控制系统的设计问题。

通过对磁轴承的发展历史和研究现状进行总结和回顾，论文首先简要地介绍了磁轴承

的工作原理及其典型结构；然后，根据磁学和动力学的有关理论建立起了单自由度向心磁

轴承的运动方程模型；紧接着，文中提出并研究了磁轴承闭环控制系统的结构方案；为了

保证磁轴承工作的性能，文中引入了不完全微分的PID算法对其进行控制，同时还以

MATLAB为工具对PID控制器的参数进行了整定；为了检验控制实施后磁轴承的性能,本

文还从时域和频域等多方面对系统进行了仿真，结果表明，基于PID控制的磁轴承系统能

获得预期的性能；在论文的最后，作者对全文进行了总结，并对进一步的研究工作进行了

展望。

关键词：磁轴承系统PID算法控制设计性能仿真

指导老师签名：

磁悬浮轴承系统的控制设计

Adesignofcontrolsystemonmagneticbearings

Preparedby:ShenJiongfeng

Supervisor:HeHonglin

Abstract:Asanewkindofsupportingcomponentsandatypicalmetronicsproduct,

magneticbearingshavemanyadvantagessuchasnocontact,highspeed,andno

abrasionetc.Magneticbearingscanbeappliedinmanyfieldssuchasaviation

andspaceflight,mechanicalengineeringandrobot.Theperformanceofcontrol

systemisthekeyforthemagneticbearingstoworksteadily,so,themostimportant

workinthispaperistodesignasteadycontrolsystem.

Bythereviewofthehistoryandthedevelopmentofthemagneticbearings,the

workprincipleandtypicalstructureofsuchabearingisintroducedfirstly;and

then,basedonmagnetismanddynamicsthekinematicalequationofthebearingis

built;afterthat,acontrolstructureusingPIDlawisproposedandstudied.At

thesametime,thecontrollerparameterisgiven;forverifyingtheperformance

ofmagneticbearingwithPIDcontroller,thecontrolsystemisanalyzedbyMATLAB

inmanyaspectssuchastimedomainandfrequencydomain.Theresultindicatedthat

themagneticb