高速電機磁力軸承控制策略的仿真研究

摘 要：對高速電機的磁力軸承系統，分別采用通用的比例-積分-微分（PID）控制器和微分先行PID控制器對磁力軸承動態特性的影響進行了仿真研究，仿真結果表明采用微分先行PID控制器比采用通用的PID控制器更能準確控制磁力軸承轉子的位置，減小電流紋波，能夠提高系統的動態性能。

關鍵詞：高速電機;磁力軸承;PID控制;控制器

高速電機以其高生產率、高加工質量正成為目前最有前途的制造技術之一。磁懸浮軸承，通過磁力耦合來實現定、轉子之間的非接觸式懸浮，在高速電機中應用較多[1]。磁力軸承控制系統以及轉子結構的動態特性相互作用能夠實現穩定懸浮。

1 高速電機磁力軸承通用PID控制器

磁力軸承通常由軸承本體、功率放大器、控制器以及位置傳感器等部件組成。一般需要對磁力軸承的五個自由度實施控制。磁力軸承控制系統通過反饋控制來實現轉子的穩定懸浮。控制器是磁力軸承控制系統中的關鍵部件。

磁力軸承系統的控制算法通常采用PID、模糊控制、滑模控制[2]等。在工業控制系統中，采用通用PID控制算法的優點是魯棒性比較強，控制效果比較顯著。圖1為通用PID控制器的框圖。

3 對磁力軸承動態特性影響的仿真

在分別采用通用PID控制和微分先行PID控制策略情況下，對高速電機磁力軸承動態特性（轉子位置和控制線圈中電流）的仿真結果如圖3所示。

從圖3中可知，對于高速電機磁力軸承控制系統采用微分先行PID控制器比采用通用PID控制器更能有效地減小轉子位置波動以及減小電流紋波。

4 結語

對于高速電機的磁力軸承系統，采用了兩種不同的方法：通用PID控制器和微分先行PID控制器分別進行了控制，對傳遞函數進行了分析，同時對磁力軸承動態特性的影響進行了仿真研究。仿真結果表明了采用微分先行PID控制器對提高轉子位置的精度以及減小電流紋波的有效性，能夠提高高速電機磁力軸承控制的動態性能。

參考文獻：

[1]王鳳翔.高速電機的設計特點及相關技術研究[J].沈陽工業大學學報，2006，28（3）：258-264.

[2]成立.基于模糊逆模型的磁力軸承逆控制系統的設計與仿真[J].工業控制計算機，2016，29（4）：6-7.

基金項目：2016年遼寧省自然科學基金指導計劃項目（項目編號：201602412）

作者簡介：崔紅（1969-），女，遼寧沈陽人，教授，博士，研究方向：特種電機及其控制。