【正文】 構(gòu)如圖，在工作臺(tái)的底部，且恰好在四個(gè) 磁極的下方安裝了四個(gè)相同 的電容傳感器 ，由此可以測(cè)得式（ ） ~（ ）右端的四個(gè)位移量并經(jīng)變換得到三個(gè)控制器輸入。 為了觀察閉環(huán)系統(tǒng)的性能以及三個(gè)控制軸之間的解耦情況，分別對(duì)三個(gè)控制環(huán)施加 5HZ 的方波輸入。這一現(xiàn)象在一定的程度上是由于電氣和機(jī)械干擾的原因，是否還與其它因素有關(guān)，還需進(jìn)一步研究。它的原理框圖主要是結(jié)合了自適應(yīng)控制原理框圖和自校正控制系統(tǒng)原理框圖，如圖所示 [18]。因此使用自適應(yīng)控制系統(tǒng)后整個(gè)磁懸浮系統(tǒng)能夠有更大的穩(wěn)定范圍。 工作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 所示。磁懸浮技術(shù)由于無接觸、無摩損、無需用潤(rùn)滑和密封等優(yōu)點(diǎn)，使其在許多工程領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用，必將具有更為美好的發(fā)展前景。 我對(duì)一些設(shè)計(jì)與原理方面的知識(shí)不太明白，如果 沒有他們的幫助和提供 的 資料 ，我是不可能很好的完成我的設(shè)計(jì)的。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、對(duì)我的嚴(yán)格要求以及為人處世的坦蕩讓我終身受益。但不論是在理論上，還是在產(chǎn)品化的過程中，此技術(shù)都還存在很多的難題。與傳統(tǒng)上的在停機(jī)的情況下對(duì)不平衡質(zhì)量進(jìn)行切除相比，不僅提高了動(dòng)平衡的加工精度，而且提高了系統(tǒng)的效率。系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，根據(jù)參考輸入電壓、控制輸入電壓、對(duì)象（球）輸出電壓和已知外部干擾來測(cè)量對(duì)象性能（穩(wěn)定裕度）指標(biāo)，并與給定的性能指標(biāo)進(jìn)行比較，做出決策（是否改變系統(tǒng)的校正參數(shù)），然后通過適應(yīng)機(jī)構(gòu)來相應(yīng)改變系統(tǒng)參數(shù)，以保證系統(tǒng)跟蹤上給定的最優(yōu)性能指標(biāo)，使系統(tǒng)處于最優(yōu)的工作狀態(tài) [19]。 為了解決磁懸浮系統(tǒng)中客觀存在的各式各樣的不確定性，設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)目刂谱魃坳枌W(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 用，使得系統(tǒng)的性能指標(biāo)（穩(wěn)定裕度）達(dá)到并保持最優(yōu)或近似最優(yōu)（使系統(tǒng)在更大范圍內(nèi)懸浮穩(wěn)定），我們進(jìn)行了磁 懸浮球自應(yīng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 磁懸浮自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如 下 圖 所示 [18]。關(guān)于 Y 軸阻尼不足的問題，尚未進(jìn)一步探討。這樣，工作臺(tái)懸浮后使可以停留在中間的某個(gè)位置。采用磁懸殊浮支撐工作臺(tái)，系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)則大大簡(jiǎn)化，有精度要求的部件只有工作臺(tái)底部的平面度和表面粗糙度。三個(gè)控制軸上的參考輸入的結(jié)合，便可以控制工作臺(tái)的部分姿態(tài)。由于在平衡位置下中央磁極處磁通為零，因此在線性近視后這里的電磁力也為零，這樣，只需要考慮磁極 磁極 2 處的力。 建立磁懸浮工作臺(tái)的模型的基本原理及方法是基于磁路定理，首先獲得對(duì)象的非線性模型，然后在平衡位置處對(duì)非線性模型進(jìn)行線性分析，近視得到一個(gè)線性模型，以此作為分析被控對(duì)象和設(shè)計(jì)控制器的基 礎(chǔ)。方案（一）中，當(dāng)電流產(chǎn)生變化時(shí)，或是由于其實(shí)的各種原因，使電磁力發(fā)生不均變化，從而使振動(dòng)平臺(tái)發(fā)生上下的振動(dòng)。 工作臺(tái)的磁懸浮方式的設(shè)計(jì)大致有兩種方案：一種是采用羅侖茲力，另一種是采用電磁力。 由于只能使用電磁鐵的吸引力，因此在工作臺(tái)的上方必須有電磁鐵以平衡重力。這種振動(dòng)偏差由 位移傳感器所接收，通過反饋環(huán)節(jié)將此偏差進(jìn)行放大，并進(jìn)一步將此作為信號(hào)源輸出到控制系統(tǒng)，作為激光器加工的信號(hào)，以此進(jìn)行自動(dòng)切除加工。 設(shè)電機(jī)質(zhì)量為 M，轉(zhuǎn)子偏心質(zhì)量為 m，偏心矩為 e，不計(jì)梁的質(zhì)量。當(dāng) 1??? 時(shí)， 0?? 故不再振動(dòng)。 2220 )2()1(1 ???? ???? BB （ ） 幅頻特性曲線如下： 167。將式 （ 2） 對(duì) ? 求導(dǎo)并令其為 0，即 0????A ，可求得振幅最大進(jìn)的頻率比為 2211 ?? ?? （ ） （ 3） 將（ ）代入（ ）后得最大振幅為 2m a x 121 ?? ??? MmeA （ ） 由于 1??? ， 2? 可忽略不計(jì)，?21m ax ?? MmeA，可見， maxA 與 ? 成反比，因此，增加系統(tǒng)的阻尼，可有效地降 低共振區(qū) 的振幅 [5]。 0F 在水平方向的分量 tmetFF ??? c o sc o s 20 ?? 所激起的受迫振動(dòng)為 )c os ( ?? ?? tAx （ ） 式中 2222)2()1( ??? ? ??? M meA （ ） 將式（ ）以無量綱形式給成如下圖 [5]： 01 3 4167。振動(dòng)的頻率就是激振頻率。同時(shí)，也省去了測(cè)取離心力的一整套傳感器及其誤差影響。在這類機(jī)械中，轉(zhuǎn)子的重量很大，而徑向尺 寸很小，工作轉(zhuǎn)速又很高，故轉(zhuǎn)子在工作中將會(huì)產(chǎn)生很大的彎曲變形，從而使慣性力顯著增大。 利用磁懸浮技術(shù)提高動(dòng)平衡精度的原理 機(jī)械在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，構(gòu)件所產(chǎn)生的不平衡慣性力不僅會(huì)增大運(yùn)動(dòng)副中的摩擦和構(gòu)件中的內(nèi)應(yīng)力，降低機(jī)械效率和使用壽命，而且由于這些慣性力的大小和方向一般都是周期性的變化的，所以必將引起機(jī)械及其基礎(chǔ)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)。這樣就把空間力系的平衡問題，轉(zhuǎn)化為兩個(gè)平面匯交力系的平衡問題了。對(duì)這種轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡，要求轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)其各偏心質(zhì)量產(chǎn)生的慣性力和慣性力偶矩同時(shí)得以平衡。最后一部分是分析磁懸浮系統(tǒng)的工作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)特性。磁懸浮對(duì)于稍稍的振動(dòng)偏差極為敏感，稍有偏差就會(huì)發(fā)生振動(dòng)。國(guó)外生產(chǎn)增壓器的最大廠家為英國(guó) HOLST 公司，曾進(jìn)行過了不停機(jī)機(jī)械切除動(dòng)不平衡質(zhì)量的研究，由于采用的是機(jī)械接觸式的加工切除、精度不高、而未予推廣；激光切除也曾搞過，但對(duì)機(jī)械摩擦的干擾沒有采取措施，精度沒有很大提高。 根據(jù)電磁鐵線圈上的電流和電壓信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)子位移主要有兩類方法：一是參數(shù)估計(jì)法，將磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)子間的氣隙看成是軸承和功率放大器的時(shí)變參數(shù)；邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 另外一個(gè)是將磁懸浮軸承和轉(zhuǎn)子看成一個(gè)整體，位移不是一個(gè)參數(shù)，而是一種狀態(tài)。 國(guó)內(nèi)外的研究狀況 自從磁懸浮技術(shù)誕生以來，科學(xué)家們就一直致力于使它走出實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)的主要工作流程如下：首先用測(cè)試機(jī)測(cè)得待平衡轉(zhuǎn)子的不平衡量，然后ＰＣ機(jī)通過數(shù)據(jù)采集卡采集不平衡量，按照相應(yīng)的分解策略生成一個(gè)最優(yōu)的去重策略，并轉(zhuǎn)化成單片機(jī)可直接操作的代碼，最后把這個(gè)代碼通過串口傳送給數(shù)控去重機(jī)的控制器，待平衡轉(zhuǎn)子安裝完后即可啟動(dòng)數(shù)控去重邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 機(jī)進(jìn)行動(dòng)平衡切削。目前，又出現(xiàn)了一種新的設(shè)計(jì)方案：轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡去重系統(tǒng)。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 課題研究背景與研究目的 隨著科技的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械正快速向高速、輕質(zhì)、高精度方向發(fā)展，一般內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速高達(dá) 8000r/min，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速達(dá) 3000050000r/min，電機(jī)轉(zhuǎn)速也超過 10000r/min，像導(dǎo)彈，航天器中的陀螺儀，轉(zhuǎn)速也是 3000050000r/min，廢氣渦輪增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速也高達(dá) 20200r/min， EVC 汽車上的增壓器轉(zhuǎn)速超過10000r/min。 1929 年德國(guó)人首先提出了磁懸浮理論，日本人 1972 年開始嘗試 EDS 系統(tǒng)，但這個(gè)原理早在 1966 年就由美國(guó)人提出來了。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的擾動(dòng)，就會(huì)偏離其參考位置，這時(shí)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器將檢測(cè)的位移變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子返回到原來平衡位置。但中國(guó)的磁懸浮技術(shù)發(fā)展很快。 常規(guī)的機(jī)械式動(dòng)平衡儀，即使是德國(guó) 西門子公司生產(chǎn)的，也只能準(zhǔn)確地測(cè)出動(dòng)不平衡質(zhì)量及其位置，要除去動(dòng)平衡質(zhì)量，必須停機(jī)取下不平衡轉(zhuǎn)子，再用機(jī)械加工方法找準(zhǔn)不平衡位置切除不平衡量。控制系統(tǒng)采用上位機(jī)和下位機(jī)。正常情況下，一個(gè)操作工人可管理兩臺(tái)機(jī)器。但是不論是在理論還是在產(chǎn)品化的過程中，該項(xiàng)技術(shù)都存在很多的難題，其中磁懸浮技術(shù)的主要難題是懸浮與推進(jìn)以及一套復(fù)雜的控制系統(tǒng)，它的實(shí)現(xiàn)需要運(yùn)用電子技術(shù)、電磁器件 、直線電機(jī)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)、材料以及系統(tǒng)分析等方面的高技術(shù)成果。Myounggyu 引用線性參數(shù)估計(jì)設(shè)計(jì)了一套信號(hào)處理器，對(duì)開關(guān)波形進(jìn)行解調(diào)，從而得到轉(zhuǎn)子的位移信號(hào) [3]。因此，從目前情況分析，此項(xiàng)目在國(guó)內(nèi)尚屬首次。這是提高動(dòng)平衡加工精度的一個(gè)難題。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)的主要構(gòu)思，也就是主要框架是 : (1) 先分析它的動(dòng)平衡特性，由動(dòng)平衡特性找出動(dòng)不平衡點(diǎn)； (2) 并分析以及由此引發(fā)的振動(dòng)，由它的振動(dòng)特性得出振動(dòng)特性方程； (3) 由此振動(dòng)特性來設(shè)計(jì)磁懸浮工作平臺(tái)結(jié)構(gòu)，在工作平臺(tái)上有位移傳感器， 位移傳感器能將此振動(dòng)偏差量接收傳到激光加工系統(tǒng)中進(jìn)行自動(dòng)加工，加工部分的設(shè)計(jì)在此不作具體描述。 圖 簡(jiǎn)化到兩平衡基面內(nèi)的空間力系 由理論力學(xué)可知，一個(gè)力可以分成與其相平行的兩個(gè)分力。 由以上分析可知，對(duì)于任何動(dòng)不平衡的剛性轉(zhuǎn)子，無論其具有多少個(gè)偏心質(zhì)量，以及分布于多少個(gè)回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，都只要在選定的兩個(gè)平衡基面內(nèi)分別各加上或減去一個(gè)適當(dāng)?shù)钠胶赓|(zhì)量，即可得到完全 平衡。機(jī)械平衡的目的就是設(shè)法將構(gòu)件的不平衡慣性力加以平衡以消除慣性力的不良影響。 這是利用動(dòng)不平衡質(zhì)量在高速旋轉(zhuǎn)中必然產(chǎn)生徑向離心力以呼離心力作為信號(hào)源，使其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。 懸浮系統(tǒng)無接觸 ,無摩擦 ,克服了磨損、金屬粉塵及油脂污染等問題 。 磁懸浮及零件、部件都是彈性系統(tǒng)，當(dāng)受到隨時(shí)間變化的外力、位移、速度或加速度等激振的作用時(shí)，將受迫產(chǎn)生振動(dòng)。 （ 2） 改變頻率比 ? ：當(dāng) 1??? 時(shí)， 0?A ，即；轉(zhuǎn)速很低時(shí)，不平衡離心慣性力很小，因而振動(dòng)很小。受迫振動(dòng)振幅的大小在工 程實(shí)際問題中具有重要意義。這說明激振力變化緩慢，動(dòng)力影響不大。當(dāng)阻尼為零時(shí)，??nB 。式子兩面邊除 M，寫成下式： wtMm e wxxnx wn s in222 ??? ??? （ ） 可得出穩(wěn)態(tài)強(qiáng)迫振動(dòng)方程為： )s in()( ??? wtBtx （ ） 222222222)2()1()2()( ?????????? MmenwwMm e wB wn （ ） 222 122 ?????? ???? w n ntg （ ） 可看出，振幅 B 與偏心質(zhì)量矩 me 成正比 [8]。在忽略電磁鐵的鐵心磁阻、漏磁、渦流損耗以及電磁鐵的剩磁等因素下，只考慮均勻氣隙磁通，則當(dāng)銜鐵位置處于圖中 yy?0 時(shí)，銜鐵上下氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度為： ))(2( 0011 yyNiB ?? ? （ ） ))(2( 0022 yyNiB ?? ? （ ） 式中 21BB 為銜鐵在上下磁場(chǎng)中的磁感應(yīng)強(qiáng)度； 0y 為平衡位置坐標(biāo)； N 為線圈數(shù)；21ii 為上下電磁鐵中流過的電流大小； 0? 為空氣磁導(dǎo)率[15]。要降低靜態(tài)功耗，則設(shè)計(jì)又需要將電磁