Оптимизация конструктивных параметров и алгоритмов управления радиального электромагнитного подвеса

• Автор: Ткаченко, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 05.09.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 194 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
В.1. Краткая характеристика диссертационой работы
В.2. Состояние вопроса в разработке, расчете и проектировании
систем радиальных ЭМП
В.З. Принципы построения математической модели РЭМП. Выбор
метода оптимизации ;
В.4. Подходы к построению системы управления (СУ) РЭМП
В.5. Анализ вариантов технической реализации системы
управления электромагнитным подвесом ротора
Глава 1.ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ УСИЛИЯ В СИСТЕМАХ РАДИАЛЬНОГО ПОДВЕСА
1.1. Электромагнитные усилия и параметры их определяющие
1.2. Н.С. и индукции в явнополюсных системах
1.3. Н.С. и индукции магнитных систем с распределенными обмотками
1.4. Аппроксимация зависимости величины усилия
от смещения оси ротора
1.5. Обоснование выбора схемы питания катушек
Глава 2.МАТЕМАТИЧЕЧСКАЯ МОДЕЛЬ И ОПТИМИЗАЦИОННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАДИАЛЬНОГО ЭМП
2.1. Критерии оптимизации
2.1.1. Обобщенный параметр оптимизации
2.2. Функциональные связи параметров РЭМП
2.2.1 Расчет главных размеров
2.2.2. Расчет геометрии магнитной системы
2.2.2.1. Магнитное напряжение воздушного зазора
2.2.2.2. Стальные участки магнитопровода
2.3. Метод зубцовых контуров для расчета магнитной системы радиального ЭМП
2.4. Результаты расчета. Поверхности уровней
2.5. Оптимизация методом случайного поиска с обучением
2.5.1. Алгоритм поиска оптимума
Глава 3. СИНТЕЗ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ РОТОРА
3.1. Анализ математической модели радиального электромагнитного подшипника
3.2. Синтез одного канала системы управления радиального электромагнитного подшипника
3.3. Анализ влияния положительной обратной связи по перемещению на устойчивость и динамические свойства системы управления радиального
электромагнитного подшипника
Глава 4. АНАЛИЗ ВАРИАНТОВ ТЕХНИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫМ ПОДВЕСОМ РОТОРА
4.1. Функциональная схема и вариант цифровой реализация системы управления электромагнитным подвесом ротора
4.2. Влияние процесса квантования по времени на свойства цифровой системы управления электромагнитным подвесом ротора
4.3. Особенности аналогового варианта технической реализация системы управления электромагнитным подвесом ротора.
Влияние помех измерения на работоспособность системы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В. 1. Краткая характеристика диссертационой работы.
Актуальность темы. Во многих механизмах, содержащие вращающиеся роторы, традиционные подшипники качения или скольжения не могут обеспечить жесткие требования по коэффициенту трения, ресурсу работы, экологической безопасности. К таким механизмам относятся высокоскоростные электродвигатели, турбины, ультрацентрифуги, гироскопы, гиродины. Для этих машин в технически развитых странах создаются системы электромагнитных подвесов (ЭМП) роторов, включающие радиальные и аксиальные подшипники. Применение ЭМП в этих агрегатах дает возможность снизить энергопотребление, достичь предельных для материалов роторов частот вращения, исключить маслосистему жидкостной смазки, тем самым снизить пожароопастность объектов и экологические риски при их эксплуатации.
Большие перспективы заложены и в решении задач синтеза системы управления ЭМП. Эти вопросы ни в отечественной, ни в зарубежной литературе в достаточной мере не освещены.
Совершенствование систем ЭМП соответствует стратегическому направлению развития электромашиностроения и автоматики, а решение научных задач лежащих в их основе - актуальная задача исследования.
Цель и задачи исследования. Разработка радиальных ЭМП (РЭМП) с минимальными массогабаритными показателями, энергопотреблением и улучшенными динамическими характеристиками.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:
1. На основе анализа удельных электромагнитных усилий с учетом технологических факторов обосновать выбор типа магнитной системы ЭМП.
2. Доказать, что дифференциальная схема питания катушек управления дает преимущества перед другими не только в минимальном количестве силовых вентилей, но и в качественном виде характеристик.

Сравнивая кривые НС для четырехполюсной конструкции (рис. 1.8.) и восьмиполюсной (рис. 1.10), можно сделать заключение, что суммарный магнитный поток одной токовой зоны (заштрихованные площади на рисунках 1.8. и 1.9.) при одинаковых токовых нагрузках и принятых ранее допущениях во втором случае в 10/9 раза больше, чем в первом. Следовательно, модули усилия будут различаться в (10/8)2 раза, то есть на 19%. Но, следует учитывать, что максимальный поток в схеме (рис. 1.7) соответствует зубцу, находящемуся на оси ОХ (в данном случае зубцу №3). Следовательно, усилие, им создаваемое, по оси ОХ будет максимальным:
Лз=/з-С08з С1-9-)
где /, - амплитуда вектора усилия, создаваемого третьим зубцом, Н;
/х3 - проекция вектора усилия, создаваемая третьим зубцом, на ось ОХ, Н;
(р3 - угол расположения третьего зубца относительно ОХ.
Рис. 1.10. Н.С. распределенной обмотки с независимыми полюсами