文 献 综 述

一、磁悬浮轴承系统简介

磁悬浮轴承(Magnetic Bearing)是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。其原理是磁感应线与磁浮线成垂直，轴芯与磁浮线是平行的，所以转子的重量就固定在运转的轨道上，利用几乎是无负载的轴芯往反磁浮线方向顶撑，形成整个转子悬空，在固定运转轨道上。

二、磁悬浮轴承的特性与优点

与传统的滚珠轴承、滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子可以运行到很高的转速，具有机械磨损小、能耗低、噪声小、寿命长、无需润滑、无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境中。磁悬浮事实上只是一种辅助功能，并非是独立的轴承形式，具体应用还得配合其它的轴承形式，例如磁悬浮 滚珠轴承、磁悬浮 含油轴承、磁悬浮 汽化轴承等等。

三、磁悬浮轴承的基本原理

磁浮轴承从原理上可分为两种，一种是主动磁浮轴承（active magnetic bearing），简称AMB；另一种是被动磁浮轴承（passive magnetic bearing），简称PMB。由于前者具有较好的性能，它在工业上得到了越来越广泛的应用。这里介绍的是主动磁浮轴承。主动磁悬浮轴承( active magnetic bearing, AMB )具有无磨损、寿命长、无润滑油污染等一系列优点, 因而已被运用于数百种不同的旋转或往复式运动机械上[1-3]。由于磁悬浮轴承控制器性能的好坏直接决定了磁悬浮能否实现, 所以高性能控制器的设计成为磁悬浮轴承研究的热点。目前, PID控制器[11]被广泛的应用于磁悬浮轴承实际控制当中,包括磁悬浮轴承单自由度或多自由度的控制。但是由于主动磁悬浮轴承是一个典型的强烈非线性系统, 很难建立它的精确数学模型, 所以PID控制器在工程实际控制中往往难以得到较好的动态性能[4]。针对这个问题, 最近几年许多新的控制算法, 如二次型最优控制[ 5]、模糊控制[ 6] 、遗传算法[ 7]、滑模变结构控制[ 8] 、H∞控制[ 3]等方法被不断应用到磁悬浮轴承系统中。其中, 滑模变结构控制由此具有强抗干扰能力, 特别适合非线性系统的状态辨识与控制, 从而得到广泛的研究。然而, 滑模变结构控制存在滑模抖振这个固有缺点[9] , 随着系统非线性的增强, 会严重影响控制器的控制性能, 因此需要进行改善与消除滑模抖振。鉴于模糊控制具有不需要被控对象精确数学模型的优点, 将其与滑模控制结合起来组成模糊滑模控制, 发挥两者优势以实现减轻与消除滑模抖振,从而可以得到性能更加优越的控制器[9]。因此, 本文将模糊滑模控制应用到主动磁悬浮轴承控制系统中来, 通过两者的有效融合来提高控制精度。

四、磁悬浮的产生

磁悬浮圆盘是由一位名叫罗伊#183;哈里根的人于1983 年发明并获得专利的。该装置有一个纺锤形的圆盘,圆盘作为旋转体围绕转轴的运动能让磁感线在一定程度上形成一个静态孤岛,旋转起来之后就能悬浮在磁性底座之上。其实对于逆磁性(或反磁性) 物体对一切材料均会产生大小不等的斥力。如石墨、超导陶瓷就是逆磁性材料。磁悬浮正是利用静电和电磁的非接触力传递实现的各种悬浮。具体地说:它是在没有机械接触性约束的条件下,使物体在空间处于稳定或似稳定的一种状态。[10]