【導(dǎo)讀】行器包括電磁鐵和功率放大器兩部分。假設(shè)在參考位置上，轉(zhuǎn)子受到一個(gè)向下的。因此，不論轉(zhuǎn)子受到向下或向上的擾動(dòng)，轉(zhuǎn)子始終能處于穩(wěn)定的平衡狀。這就是目前磁懸浮技術(shù)應(yīng)用得最廣的應(yīng)用[1]。或切斷電流時(shí)，相互的作用力就減小至消失。磁懸浮技術(shù)今天看似乎還是一個(gè)新。鮮事物，其實(shí)它的理論準(zhǔn)備有很長的歷史。的磁懸浮技術(shù)發(fā)展緊密相關(guān)。因?yàn)榱⑵呤甏?，是世界磁懸浮技術(shù)應(yīng)用研究的。鼎盛時(shí)期，利用磁懸浮技術(shù)解決一些應(yīng)用難題是那時(shí)的熱點(diǎn)。目前，國內(nèi)國防科技大學(xué)和西南交通大學(xué)都在進(jìn)行磁懸浮技術(shù)的研。2020年，國防科大磁懸浮實(shí)驗(yàn)線路建成，磁懸浮在中國的市場運(yùn)做進(jìn)展也很順利，德國。修建一條可能將是世界上首條進(jìn)行商業(yè)運(yùn)行的磁懸浮鐵路。量，很難達(dá)到要求，因而常反復(fù)進(jìn)行多次還達(dá)不到平衡要求，特別是高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)子，動(dòng)平衡測(cè)試機(jī)采用相應(yīng)精度的市售商品，其輸出量是轉(zhuǎn)子不。為此，我們提出了利用磁懸浮技術(shù)對(duì)動(dòng)不平衡質(zhì)量進(jìn)行不停機(jī)自動(dòng)。率放大器的占空比很敏感。

　　

【正文】 ????? 0022 （ ） Udt ydLiRdt idL y ??????? 0 （ ） 這里， m 是鋼球質(zhì)量 ， Fz為干擾力， L 為電磁鐵電感， u 為電磁鐵線圈電壓， I 為電磁鐵電流， Fy0 為電磁力在平衡位置對(duì)位移的偏導(dǎo)數(shù)， Fi0 為電磁力在平衡位置對(duì)電流的偏導(dǎo)數(shù)， Ly0 為 L 在平衡位置對(duì)位移的偏導(dǎo)數(shù)， R 為線圈電阻。 磁懸浮球系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如 下 圖 所示 [17]。 磁懸浮球系統(tǒng)傳遞函數(shù)1L?+RL y0sFts1mntFtsU (s) I(a)F a (s)Y(s) 由 上易知系統(tǒng)為三階不穩(wěn)定系統(tǒng)，必須引入校正裝置。經(jīng)過二階超前校正原系統(tǒng)由不穩(wěn)定系統(tǒng)成為具有較好頻率特性和動(dòng)態(tài)特性的穩(wěn)定系統(tǒng)，但是由于系統(tǒng)是由非線性系統(tǒng)在平衡點(diǎn)線性化得到的模型，對(duì)于在非平衡位置的系統(tǒng)參數(shù)變化，系統(tǒng)不能自適應(yīng)，在系統(tǒng)受到較大的干擾，如：電壓的突變、電磁干擾或者受到機(jī)械振動(dòng)時(shí)容易失去平衡。而且由于系統(tǒng)為零型系統(tǒng)，存在穩(wěn)態(tài)誤差。 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]。 圖4 .2 磁 懸浮自適應(yīng)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電流驅(qū)動(dòng)器放大器 自適應(yīng)機(jī)構(gòu) 校正器充電傳感器鋼球光源 磁懸浮自適應(yīng)控制是在磁懸浮球裝置上實(shí)現(xiàn)的。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]。 比較器 參數(shù)控制器適應(yīng)機(jī)構(gòu) 控制器參數(shù)PID控 制器 被控對(duì)象輸入?yún)?shù)基準(zhǔn)參數(shù) 磁懸 浮自適應(yīng)控制原理圖 其自適應(yīng)控制系統(tǒng)主要是用來調(diào)節(jié)振動(dòng)時(shí)的慣性力的。故加上自適應(yīng)系統(tǒng)，也就是在這種情況下，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，使這種振動(dòng)成為穩(wěn)定形式。在一種穩(wěn)定的振動(dòng)下，保持了系統(tǒng)信號(hào)源的形式的穩(wěn)定性。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 在原理框圖中參數(shù)估計(jì)和控制器設(shè)計(jì)必須在線實(shí)現(xiàn)，因此參數(shù)估計(jì)必須采用遞推算法，控制器設(shè)計(jì)采用盡量簡單的設(shè)計(jì)方法：極點(diǎn)配置法。極點(diǎn)配置的主要思想是尋求一個(gè)反饋控制律，使得閉環(huán)傳遞函數(shù)的極點(diǎn)處于希望的位置。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]。 由于原系統(tǒng)對(duì)應(yīng)校正網(wǎng)絡(luò) 可以使系統(tǒng)很大范圍穩(wěn)定，當(dāng)采樣信號(hào)進(jìn)入自適應(yīng)調(diào)整回路后，驅(qū)動(dòng)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)作用，直接改變控制器的參數(shù)，從而使系統(tǒng)的輸出逐步與模型輸出接近，直到接近相等后，自適應(yīng)調(diào)整過程就自動(dòng)結(jié)束。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。 通俗而言即：對(duì)于不同質(zhì)量的球被懸浮時(shí)所受的電磁力不盡相同，它與球的質(zhì)量和電路中的電流有關(guān)。球質(zhì)量的變化可能會(huì)破壞平衡，因此必須改變電路中的一些器件的參數(shù)變化 [24]。系統(tǒng)中任意質(zhì)量的球都有其對(duì)應(yīng)的各自平衡點(diǎn)，當(dāng)其有很好的剛度和穩(wěn)定性時(shí)，即使有些干擾仍能穩(wěn) 定于平衡點(diǎn)，那么，質(zhì)量相差稍大的球也會(huì)存在公共的穩(wěn)定域，通過適應(yīng)機(jī)構(gòu)選擇控制器參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行反饋控制，從而使系統(tǒng)可以處于更大范圍漸近穩(wěn)定，也可以看成一系列平衡點(diǎn)構(gòu)成連續(xù)平衡。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 5 總結(jié)與展望 本設(shè)計(jì)在分析了磁懸浮技術(shù)的原理和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，論述了磁懸浮技術(shù)在提高動(dòng)平衡加工精度方面的運(yùn)用。在不停機(jī)的情況下，采用激光加工器對(duì)不平衡質(zhì)量進(jìn)行自動(dòng)切除，使轉(zhuǎn)子由不平衡再到平衡。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。 采用磁懸浮技術(shù)，使振動(dòng)平臺(tái) 相對(duì)工作平臺(tái)懸浮起來，實(shí)現(xiàn)無接觸、無磨損，這就大大減小了系統(tǒng)運(yùn)作過程中摩擦力，提高了機(jī)械效率。 工作平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 所示。轉(zhuǎn)子安裝在振動(dòng)平臺(tái)內(nèi)，由轉(zhuǎn)子來實(shí)現(xiàn)振動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)行，并且由自適應(yīng)裝置來調(diào)節(jié)振動(dòng)中產(chǎn)生的慣性力。工作平臺(tái)上的工件安裝表面為圓弧形，振動(dòng)平臺(tái)的振動(dòng)形式為左右式振動(dòng)。這種振動(dòng)形式較之上下式的振動(dòng)形式更為靈敏，工作平臺(tái)安裝表面與振動(dòng)平臺(tái)之間的配合間隙量瞬時(shí)變化也就越明顯，使得傳感器對(duì)這種間隙變化的接收更加敏感，通過控制回路加以處理，最后作為激光加工器的輸入量。這就大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的精確性 與靈敏性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)愿望。 隨著電子元件的集成化以及控制理論和轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)的發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)磁懸浮技術(shù)的研究均取得了很大的進(jìn)展 [25]。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。生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了磁懸浮技術(shù)研究的不 斷深入，同時(shí)，磁懸浮技術(shù)的發(fā)展又不斷解決了工程應(yīng)用中的許多疑難雜癥。磁懸浮技術(shù)由于無接觸、無摩損、無需用潤滑和密封等優(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。 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 結(jié)束語 本次設(shè)計(jì)的課題是利用磁懸浮的運(yùn)動(dòng)副摩擦力小， 外界干擾少，在動(dòng)不平衡質(zhì)量影響下的工作臺(tái)位移引起磁懸浮間隙變化，導(dǎo)致磁通量變化直接作為不停機(jī)自動(dòng)切除激光能量控制信號(hào)，高精度地對(duì)現(xiàn)代高速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子及機(jī)械進(jìn)行動(dòng)不平衡質(zhì)量切除 。是在修完所有大學(xué)課程之后進(jìn)行的一次綜合性設(shè)計(jì)，也是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一次全面檢查。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我充分利用了所學(xué)知識(shí)，查閱了大量參考書目，盡量將自己所學(xué)知識(shí)結(jié)合起來。進(jìn)一步明析了磁懸浮的振動(dòng)特性、動(dòng)平衡的原理；完成了磁懸浮的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究、工作平臺(tái)的設(shè)計(jì)；懂得了如何來分析振動(dòng)系統(tǒng)、如何來設(shè)計(jì)工作平臺(tái)，以及如何正確處理和測(cè)量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) ，合理計(jì)算所得結(jié)果，正確組織實(shí)驗(yàn)過程，合理設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案，以便在最佳經(jīng)濟(jì)條件下，得到最終結(jié)果。 在設(shè)計(jì)過程中遇到許多問題，在老師和同學(xué)的幫助下，順利并完成了這次設(shè)計(jì)，在此對(duì)老師致以致敬，對(duì)同學(xué)表示感激！ 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 參考文獻(xiàn) [1] 張士勇 .磁懸浮技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望 .工業(yè)儀表與自動(dòng)化裝置 ,2020 [2] 毛軍紅 ,高琳 ,李黎川 .采用實(shí)心鐵磁體的磁懸浮工作臺(tái)的系統(tǒng)辨識(shí) . 微加工技術(shù) .2020 [3] 陳際達(dá) .線性控制系統(tǒng) [M].長沙 :中南工業(yè)大學(xué)出版社 ,1987 [4] 孫桓，陳作模主編 .機(jī)械原 理 .高等教育出版社 ， 2020 [5] 王偉 ,李曉理 .多模型自適應(yīng)控制 [M].科技出版社 ,2020 [6] 江浩 .單磁鐵磁懸浮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型與控制 .西南交通大學(xué)學(xué)報(bào) ,1992 [7] 陳伯時(shí) .交流調(diào)速系統(tǒng) .北京 :機(jī)械工業(yè)出版社 ,1998 [8] 寇惠 ,付潤蘭 ,原培新 .故障診斷的振動(dòng)理論基礎(chǔ) .冶金工業(yè)出版社 ,1988 [9] 楊棣 ,唐恒齡 ,廖伯瑜 .機(jī)床動(dòng)力學(xué) .機(jī)械工業(yè)出版社 ,1986 [10] 謝應(yīng)齊 ,曹杰 .非線性動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)方法 .氣象出版社 ,2020 [11] 曾勵(lì)，朱煜秋，曾學(xué)民等 .單自由度混合磁懸浮軸承控制 系統(tǒng)模型的研究 [J]. 南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) ,1998,6:685689 [12] 施韋策 G， 布魯勒 H 著，袁烈軍譯 .主動(dòng)磁軸承 [M].北京：新時(shí)代出版社 ， 1997 [13] 王莉，張昆侖，連級(jí)三 .用高溫超導(dǎo)線圈和常導(dǎo)線圈構(gòu)成的混合式電磁懸浮系統(tǒng) [J].鐵道學(xué)院報(bào) ， 2020,25(2):30 [14] 馮茲張 .電磁場 .北京：高等教育出版社 .1997 [15] 王國強(qiáng) .實(shí)用工程數(shù)值模擬技術(shù)及在 ANSYS 上的實(shí)踐 .西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社 ，2020 [16] 陳杰容，王霄燕 .低溫等離子體對(duì)纖維的表面改性 [J].紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào) ，1998,9(5):201~216 [17] 江浩，連級(jí)三 .單磁鐵懸浮系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模型與控制 . 西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)， 1995， 82 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 [18] 嚴(yán)鐘豪 .非電量電測(cè)技術(shù) .北京：高等教育出版社， ~226 [19] 劉迎春，傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用 .長沙：國防科技大學(xué)出版社 ， ~61 [20] 龍志強(qiáng)，余龍華 .磁懸浮隔振技術(shù)研究 [J]機(jī)電工程 ， 1995，（ 2）： 16~29 [21] 趙志魁 .多模型自適應(yīng)控制及其在三軸轉(zhuǎn)臺(tái)中的應(yīng)用 [J].控制與決策 ， 1998 [22] Tsih C Wang,Yao New Electtromangic Levitation System for Rapid Transit and high Speed Transportations[J]. 1994,30~48 [23] FeiJen Wang,Ling – Hybad Mag cv System for Urban Transportations on Vchicular Technology,1989,38(1):53 [24] Zemaya A Y,Wanl C,Macey Schediling for Paralleel Procdssor Systems:Cormparative studies and Performance Issues[J].IEEE Transactios on Paaallel and Distributed Systems,1999,10(80:89~106) [25] TMS320F/C24X DSP controllers reference guide,CPU and instruction set .Literature number:SPRU160C[Z].June 1999 邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 致 謝 在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！ 首先，我要感謝我的導(dǎo)師曾周亮老師，他在我的學(xué)習(xí)與研究方面給了我大量的指導(dǎo)，并為我提供了良好的科研環(huán)境，讓我學(xué)到了知識(shí)，掌握了科研的方法，也獲得了實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)。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。 此外 ，我也要 感謝 那些 對(duì)我 給予 幫助和指點(diǎn) 的同學(xué)們 。 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。 同時(shí)，我更要感謝我的室友鄧勇兵同學(xué)，他無私地借給我電腦給我搞設(shè)計(jì)，給予了我極大的方便，在此，我向他表示我真心的謝意。 最后，我在此向所有給予我?guī)椭睦蠋?、同學(xué)表示誠摯的感謝！