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1 绪论1

1.1 研究背景1

1.2 磁悬浮支承技术的研究现状3

1.2.1 磁悬浮支承技术的国外状况3

1.2.2 磁悬浮支承技术的国内状况5

1.2.3 高档数控机床的应用现状7

1.2.4 主动磁悬浮系统驱动装置的研究现状8

1.3 磁悬浮支承的关键技术9

1.4 主动磁悬浮系统中功放形式11

2 主动磁悬浮支承系统的结构及工作机理14

2.1 主动磁悬浮支承系统的两种典型形式14

2.1.1 主动磁悬浮旋转支承结构14

2.1.2 主动磁悬浮平面支承结构15

2.2 主动磁悬浮系统的电磁机构设计16

2.2.1 电磁参数的设计16

2.2.2 电磁铁的设计18

2.3 主动磁悬浮支承系统电控部分的结构19

3 主动磁悬浮支承系统的建模及分析21

3.1 磁悬浮支承系统的单自由度数学建模21

3.2 磁悬浮支承系统的刚度阻尼特性分析25

3.3 主动磁悬浮平面进给导轨系统的力学模型27

3.3.1 磁悬浮平面导轨系统建模27

3.3.2 磁悬浮平面导轨系统模型简化28

3.4 多自由度磁悬浮支承系统的建模33

4 主动磁悬浮驱动装置的性能分析38

4.1 主动磁悬浮系统的承载能力38

4.1.1 驱动输出电流与刚度的关系38

4.1.2 驱动电流与动刚度的关系40

4.2 开关功放的驱动方式41

4.3 改进型线性功放43

4.4 磁性材料的影响46

4.5 扩大功放功率范围的方法46

4.5.1 典型的线性功放原理47

4.5.2 智能化电源47

4.5.3 多管并联与均流技术48

4.6 PWM开关功放设计50

4.7 恒流斩波开关功放50

4.8 主动磁悬浮支承系统中功放的性能比较51

5 主动磁悬浮驱动电路设计53

5.1 开关功放的输出电路53

5.2 开关管驱动电路54

5.2.1 驱动方式54

5.2.2 IR2110驱动器55

5.3 非线性功放开关管的控制模式56

5.3.1 PWM控制模式57

5.3.2 恒流斩波控制模式58

5.4 外围电路的设计59

5.4.1 栅极负偏置IR211059

5.4.2 自举元器件的分析59

5.4.3 IR2110驱动的扩展60

5.4.4 抗干扰电路的设计61

5.4.5 开关管保护电路62

5.4.6 反馈校正回路设计63

5.5 电源、功放与控制关系65

6 主动磁悬浮导轨的颤振分析67

6.1 主动磁悬浮平面多点支承67

6.1.1 平面多点支承的颤振67

6.1.2 平面多点支承的过约束分析69

6.1.3 过约束点的判断71

6.2 平面多点支承的法向磁阻尼73

6.2.1 平面导轨工作台法向支承磁阻尼73

6.2.2 磁阻尼消振分析76

6.3 磁阻尼力的计算与分析79

7 非线性功放的补偿算法83

7.1 非线性功放的基本原理83

7.1.1 非线性功放83

7.1.2 非线性补偿84

7.1.3 非线性功放的结构85

7.1.4 非线性功放的应用86

7.2 磁性材料的非线性88

7.2.1 磁滞现象88

7.2.2 磁滞回线族89

7.2.3 电磁铁的非线性89

7.3 非线性功放软件整体结构90

7.4 功放的非线性补偿的实现91

7.4.1 预测算法91

7.4.2 分段线性化95

7.4.3 预置参数法处理96

7.4.4 非线性功放的信息处理98

7.4.5 查表法补偿100

7.5 PWM控制的软件101

8 主动磁悬浮驱动系统的应用103

8.1 基本参数103

8.2 驱动系统的应用104

8.3 分段线性化的效果106

9 主动磁悬浮系统的特征主导型控制108

9.1 特征主导型控制108

9.2 特征主导型控制的相位同步与强度转换110

9.3 导轨平动段的PID主导控制113

9.3.1 PID主导控制的磁悬浮导轨系统113

9.3.2 智能PID控制器中参数的确定114

9.3.3 PID主导控制的流程115

10 主动磁悬浮系统的性能分析118

10.1 磁悬浮导轨控制系统组成118

10.2 系统主要硬件组成119

10.2.2 滤波器技术参数分析122

10.2.3 信号检测电路设计124

10.3 磁悬浮系统稳定性评估的一般方法125

10.4 系统性能指标测试平台127

10.4.1 系统实验平台127

10.4.2 测试方法127

10.4.3 传感器的标定128

10.4.4 磁悬浮平台传感器布局129

10.4.5 传感器选型129

10.5 系统调试及系统参数验证130

10.5.1 磁阻尼作用下的静态参数测试130

10.5.2 冲击响应及动态测试数据及分析132

参考文献135