磁懸浮軸承

內(nèi)容概要

　　《國際電氣工程先進技術(shù)譯叢：磁懸浮軸承：理論、設(shè)計及旋轉(zhuǎn)機械應(yīng)用》兼顧學(xué)術(shù)研究和商業(yè)應(yīng)用，適用于所有希望了解、開發(fā)和應(yīng)用磁軸承系統(tǒng)的相關(guān)人員閱讀。

作者簡介

作者：(瑞士)施威策爾(Schweitzer,G.) (美國)Eric H.Maslen 等 譯者：徐旸 張剴 趙雷

書籍目錄

譯者序
中文版序
原書前言
第1章 介紹和綜述
1.1 磁軸承原理
1.2 作為機電一體化產(chǎn)品的磁軸承
1.3 交通運輸、物理學(xué)和機械工程中的磁軸承
1.4 磁軸承的分類
1.5 主動式磁軸承的特性
1.6 研究和工業(yè)應(yīng)用實例
參考文獻
第2章 主動式磁軸承原理
2.1 作為可控支承的磁軸承
2.1.1 主動式與被動式磁軸承
2.1.2 控制回路單元
2.1.3 磁軸承基本模型
2.2 閉環(huán)磁軸承的控制回路
2.2.1 簡單主動式磁軸承控制系統(tǒng)設(shè)計
2.2.2 主動式與被動式磁軸承的不同
2.2.3 PD與PID控制
2.2.4 電流與電壓控制
2.3 反饋控制設(shè)計
2.3.1 狀態(tài)空間描述
2.3.2 狀態(tài)與輸出反饋控制設(shè)計
2.4 受迫振動和頻率響應(yīng)
2.4.1 諧波激勵響應(yīng)
2.4.2 廣義頻率響應(yīng)
2.4.3 作為有力工具的頻率響應(yīng)
參考文獻
第3章 硬件部件
3.1 軸承電磁鐵
3.1.1 磁力現(xiàn)象
3.1.2 鐵磁材料的性質(zhì)
3.1.3 磁路
3.1.4 磁力
3.1.5 軸承磁鐵設(shè)計
3.1.6 幾何參數(shù)
3.1.7 徑向軸承承載能力估算
3.1.8 止推磁軸承設(shè)計
3.2 永磁偏置磁軸承
3.3 功率放大器
3.3.1 模擬功放原理
3.3.2 開關(guān)功放原理
3.4 傳感器
3.4.1 幾個術(shù)語
3.4.2 位移測量
3.4.3 磁通和電流測量
3.5 結(jié)束語
參考文獻
磁懸浮軸承--理論、設(shè)計及旋轉(zhuǎn)機械應(yīng)用目錄
第4章 執(zhí)行器
4.1 結(jié)構(gòu)
4.2 功率放大器
4.3 電磁鐵
4.4 執(zhí)行器組合
4.5 算例
4.5.1 電磁鐵模型
4.5.2 跨導(dǎo)式功率放大器
4.5.3 跨磁導(dǎo)式功率放大器
4.6 驅(qū)動模式和線性化
4.6.1 差動繞組
4.6.2 外部線性化
4.6.3 功率放大器模式
4.7 電磁鐵執(zhí)行器響應(yīng)限制
4.8 系統(tǒng)特性測量
參考文獻
第5章 磁軸承中的損耗
5.1 概述
5.1.1 轉(zhuǎn)子損耗
5.1.2 軸承磁鐵（定子）中的損耗
5.1.3 功率放大器中的損耗
5.1.4 電纜中的損耗
5.2 轉(zhuǎn)子中的鐵損
5.2.1 磁滯損耗
5.2.2 渦流損耗
5.3 空氣動力損耗，風(fēng)損
5.3.1 基本知識
5.3.2 圓柱自由轉(zhuǎn)子的拖曳系數(shù)
5.3.3 多槽定子中閉式圓柱轉(zhuǎn)子的拖曳系數(shù)
5.3.4 其他方法
5.3.5 空氣損耗的制動轉(zhuǎn)矩計算
5.4 確定轉(zhuǎn)子損耗
5.5 降低損耗措施
5.5.1 轉(zhuǎn)子損耗
5.5.2 軸承磁鐵（定子）中的損耗
5.5.3 功率放大器中的損耗
5.5.4 長電纜中的損耗
5.6 不同應(yīng)用的損耗
參考文獻
第6章 設(shè)計準則與限制特征
6.1 承載能力
6.2 控制器和執(zhí)行器
6.3 速度
6.4 尺寸
6.5 高溫
6.6 損耗
6.7 精度
6.8 智能機械概念
6.9 結(jié)束語
參考文獻
第7章 剛性轉(zhuǎn)子動力學(xué)
7.1 簡介
7.2 慣性特性
7.3 彈性支承下的固有振動
7.3.1 運動模型和方程
7.3.2 運動穩(wěn)定性
7.3.3 固有振動
7.4 轉(zhuǎn)速的影響和陀螺效應(yīng)
7.4.1 陀螺動力學(xué)
7.4.2 前向和反向渦動
7.4.3 高轉(zhuǎn)速下的行為
7.4.4 非保守力
7.5 靜和動不平衡
7.6 轉(zhuǎn)子激勵和臨界轉(zhuǎn)速
7.6.1 不平衡轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速
7.6.2 其他簡諧激勵
7.6.3 機械傳感器和執(zhí)行器偏差產(chǎn)生的激勵
7.6.4 不對稱引起的參數(shù)激勵
7.6.5 非周期性激勵
參考文獻
第8章 磁軸承剛性轉(zhuǎn)子控制
8.1 軸承轉(zhuǎn)子模型
8.2 反饋控制設(shè)計
8.2.1 分散控制
8.2.2 分散控制的不足
8.2.3 平動與錐動模態(tài)的解耦控制
8.2.4 其他反饋控制原理
8.3 不平衡控制
8.3.1 磁軸承不平衡控制策略
8.3.2 不平衡控制概述
8.3.3 不平衡控制實例：UFRC
參考文獻
第9章 數(shù)字控制
9.1 數(shù)字控制與模擬控制比較
9.2 數(shù)字控制硬件及時序問題
9.3 離散時間控制基礎(chǔ)
9.3.1 由微分方程到差分方程
9.3.2 連續(xù)時間系統(tǒng)離散后的特性
9.3.3 簡單的離散時間PD控制例子
9.4 離散時間系統(tǒng)控制設(shè)計
9.5 數(shù)字控制的實現(xiàn)
9.6 數(shù)字控制磁軸承的診斷能力
參考文獻
第10章 柔性轉(zhuǎn)子動力學(xué)
10.1 介紹
10.2 Jeffcott轉(zhuǎn)子--一種簡化的柔性轉(zhuǎn)子
10.2.1 Jeffcott轉(zhuǎn)子的力學(xué)模型
10.2.2 圓盤的運動方程
10.2.3 固有振動和固有頻率
10.2.4 受迫不平衡振動
10.2.5 外阻尼的影響
10.2.6 軸承彈性的影響
10.3 連續(xù)質(zhì)量剛度分布的彈性轉(zhuǎn)子
10.3.1 彈性轉(zhuǎn)子建模
10.4 基于有限元法的運動方程
10.4.1 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)單元
10.4.2 虛功原理
10.4.3 單元矩陣和全局矩陣
10.4.4 轉(zhuǎn)子系統(tǒng)矩陣的通用結(jié)構(gòu)
10.4.5 固有振動：固有頻率和模態(tài)
10.4.6 實例：航空發(fā)動機柔性轉(zhuǎn)子實驗臺架
10.4.7 受迫不平衡振動
10.5 磁軸承柔性轉(zhuǎn)子
10.5.1 力和位移
10.5.2 運動方程
10.5.3 磁軸承柔性轉(zhuǎn)子的狀態(tài)空間表達
10.6 有限元模型的簡化
10.6.1 子結(jié)構(gòu)技術(shù)
10.6.2 平衡降階
10.7 結(jié)束語
參考文獻
第11章 系統(tǒng)辨識
11.1 介紹
11.2 旋轉(zhuǎn)機械動力學(xué)特性
11.3 物理與/或模態(tài)參數(shù)的辨識
11.3.1 轉(zhuǎn)子動力學(xué)模型
11.3.2 頻率響應(yīng)函數(shù)測量
11.3.3 參數(shù)估計
11.4 通過磁軸承激振轉(zhuǎn)子
11.4.1 力與運動的激振與控制
11.4.2 力的測量技術(shù)
11.5 辨識的應(yīng)用
11.5.1 磁軸承旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析
11.5.2 滑動軸承及密封的轉(zhuǎn)子動力學(xué)參數(shù)辨識
11.5.3 通過辨識對一臺泵進行診斷
11.6 結(jié)束語
參考文獻
第12章 撓性轉(zhuǎn)子控制
12.1 撓性效應(yīng)
12.1.1 帶寬
12.1.2 不重合
12.2 模型結(jié)構(gòu)
12.3 模型單元與組合
12.3.1 執(zhí)行裝置
12.3.2 轉(zhuǎn)子
12.3.3 傳感器、抗混疊濾波器與采樣延遲
12.3.4 完整模型
12.3.5 示例模型
12.3.6 包括殼體及子結(jié)構(gòu)
12.3.7 閉合環(huán)路
12.3.8 磁軸承系統(tǒng)模型的一些注意事項
12.4 最簡單的控制：重合分散PID
12.4.1 PID控制概念
12.4.2 PID控制實例
12.5 性能評估
12.5.1 信號權(quán)重
12.5.2 向量范數(shù)
12.5.3 奇異值
12.5.4 實例
12.6 不重合分散PID控制
12.7 敏感度
12.7.1 小增益理論
12.7.2 實例
12.7.3 ISO敏感度
12.7.4 實例：撓性轉(zhuǎn)子的輸出敏感度
12.7.5 磁軸承系統(tǒng)敏感度的一般性意見
12.8 不重合混合PID控制
12.8.1 穩(wěn)定H11（“錐形模態(tài)”）
12.8.2 穩(wěn)定H22（“平動模態(tài)”）
12.9 ∞范數(shù)
12.1 0∞控制
12.1 0.1 問題描述
12.1 0.2 解的結(jié)構(gòu)
12.1 0.3 解的性能
12.1 1μ控制
12.1 1.1 解μ綜合問題
12.1 1.2 μ控制器的性能
12.1 2非對稱的例子
12.1 3陀螺效應(yīng)
12.1 4不平衡控制
12.1 4.1 最小化控制量
12.1 4.2 最小化響應(yīng)
12.1 4.3 混合優(yōu)化
12.1 4.4 實現(xiàn)
12.1 5結(jié)束語
參考文獻
第13章 保護軸承
13.1 轉(zhuǎn)子與機殼的觸碰綜述
13.2 觸碰模型
13.2.1 實驗臺架
13.2.2 接觸力模型
13.3 渦動運動
13.3.1 渦動運動建模
13.3.2 渦動運動實驗
13.3.3 初始狀態(tài)對渦動發(fā)展的影響
13.4 球軸承
13.5 設(shè)計考慮
13.6 結(jié)束語
參考文獻
第14章 動力學(xué)與容錯控制問題
14.1 避免碰摩
14.1.1 典型故障
14.1.2 部件冗余
14.2 碰摩動力學(xué)
14.2.1 剛性盤模型
14.2.2 完整的轉(zhuǎn)子磁軸承系統(tǒng)
14.2.3 接觸模式穩(wěn)定
14.3 碰摩前與碰摩期間的控制
14.3.1 剛性盤模型
14.3.2 避免接觸
14.3.3 從接觸中恢復(fù)
參考文獻
第15章 自傳感磁軸承
15.1 概念
15.2 動機
15.3 控制方法
15.3.1 線性時不變模型
15.3.2 線性周期方法
15.3.3 開關(guān)紋波
15.4 遺留技術(shù)挑戰(zhàn)
15.4.1 紋波幅度
15.4.2 渦流
15.4.3 飽和
15.5 結(jié)束語
參考文獻
第16章 自軸承電動機
16.1 引言
16.2 P±2型自軸承電動機
16.2.1 結(jié)構(gòu)與原理
16.2.2 實驗結(jié)果與思考
16.3 混合型自軸承電動機
16.3.1 結(jié)構(gòu)與原理
16.3.2 實驗結(jié)果與思考
16.4 洛倫茲型自軸承電動機
16.4.1 結(jié)構(gòu)與原理
16.4.2 實驗結(jié)果與思考
16.5 軸向自軸承電動機
16.5.1 結(jié)構(gòu)與原理
16.5.2 實驗結(jié)果和思考
16.6 人工心臟泵的應(yīng)用
16.6.1 動機
16.6.2 徑向電動機離心泵
16.7 結(jié)束語
參考文獻
第17章 微型磁軸承
17.1 微型磁性執(zhí)行器及其微縮
17.1.1 MEMS
17.1.2 微型磁軸承的一些潛在應(yīng)用領(lǐng)域
17.1.3 常常被低估：微型磁性執(zhí)行器與靜電執(zhí)行器的潛力對比
17.1.4 微縮電磁鐵
17.1.5 無接觸軸承的微縮
17.1.6 微型轉(zhuǎn)子的空氣動壓效應(yīng)
17.2 磁軸承型式的分類
17.3 抗磁轉(zhuǎn)子軸承
17.3.1 基礎(chǔ)
17.3.2 優(yōu)化抗磁軸承的永久磁鐵布局
17.3.3 與永磁軸承的聯(lián)合
17.3.4 利用永磁軸承和抗磁穩(wěn)定被動懸浮一個80g轉(zhuǎn)子
17.4 微型主動式磁軸承
17.5 300萬r/min的微型軸承
17.5.1 系統(tǒng)裝置
17.5.2 感應(yīng)電動機
17.5.3 不同壓力下的風(fēng)損
17.5.4 轉(zhuǎn)速的測量
17.6 結(jié)束語
參考文獻
第18章 安全性與可靠性問題
18.1 安全的心理學(xué)和哲學(xué)背景
18.2 安全性、可靠性和可信任性的定義及技術(shù)含義
18.3 機電一體化的磁軸承及其失效案例
18.4 降低失效風(fēng)險的措施
18.4.1 質(zhì)量控制，標準
18.4.2 設(shè)計階段的系統(tǒng)檢查
18.4.3 軟件開發(fā)
18.4.4 冗余
18.4.5 異常處理，看門狗
18.4.6 魯棒控制
18.4.7 固有安全系統(tǒng)，保護軸承
18.5 智能機械技術(shù)
18.6 結(jié)束語
參考文獻

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   本章一開始，將給大家介紹主動控制的電磁軸承的基本功能。通過對轉(zhuǎn)軸進行無接觸、無磨損、無潤滑的懸浮支承，并進行動力學(xué)行為的主動控制，磁軸承為解決傳統(tǒng)機械中的轉(zhuǎn)子動力學(xué)問題提供了一種理想的技術(shù)方案。一般來講，這種主動式磁軸承（Active Magnetic Bearing，此后簡稱“磁軸承”或AMB）是一種典型的機電一體化產(chǎn)品，從對機電一體化的定義中就可以了解要應(yīng)用磁軸承需要具備什么樣的基礎(chǔ)知識。下面簡要介紹一下磁軸承的發(fā)展歷史：電磁懸浮的原理最早被應(yīng)用于實驗物理研究中，并曾在1937年被建議用于懸浮車廂來實現(xiàn)高速的交通運輸。有很多種方式可以實現(xiàn)無接觸的自由懸浮，我們要說的磁軸承（AMB）只是其中的一種，在綜述中會介紹磁懸浮的其他方法以及它們的分類。最后還將簡要介紹磁軸承的主要特性，它的優(yōu)、缺點及其在研究與工業(yè)應(yīng)用上的一些案例。 1.1磁軸承原理 在實際應(yīng)用中最廣泛采用的磁懸浮技術(shù)的原理，是通過對電磁鐵的實時動態(tài)控制，使其產(chǎn)生受控的非接觸磁場力來實現(xiàn)物體的懸浮。 傳感器檢測到轉(zhuǎn)子相對于參考位置的偏移，作為控制器的微處理器就此給出一個控制信號，通過功率放大器后轉(zhuǎn)變?yōu)榭刂齐娏?，控制電流在電磁鐵執(zhí)行器中形成相應(yīng)的電磁場，最終的結(jié)果是所形成的磁場力始終維持著轉(zhuǎn)子懸浮在設(shè)定的位置上。 反饋控制律關(guān)系到懸浮狀態(tài)的穩(wěn)定性，以及這種支承形式的剛度和阻尼。這種剛度和阻尼理論上是可以多種多樣的，并且能根據(jù)需要進行設(shè)計，甚至在運行時作在線調(diào)整。

編輯推薦

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