高速电机磁力轴承控制策略的仿真研究

摘 要：对高速电机的磁力轴承系统，分别采用通用的比例-积分-微分（PID）控制器和微分先行PID控制器对磁力轴承动态特性的影响进行了仿真研究，仿真结果表明采用微分先行PID控制器比采用通用的PID控制器更能准确控制磁力轴承转子的位置，减小电流纹波，能够提高系统的动态性能。

关键词：高速电机;磁力轴承;PID控制;控制器

高速电机以其高生产率、高加工质量正成为目前最有前途的制造技术之一。磁悬浮轴承，通过磁力耦合来实现定、转子之间的非接触式悬浮，在高速电机中应用较多[1]。磁力轴承控制系统以及转子结构的动态特性相互作用能够实现稳定悬浮。

1 高速电机磁力轴承通用PID控制器

磁力轴承通常由轴承本体、功率放大器、控制器以及位置传感器等部件组成。一般需要对磁力轴承的五个自由度实施控制。磁力轴承控制系统通过反馈控制来实现转子的稳定悬浮。控制器是磁力轴承控制系统中的关键部件。

磁力轴承系统的控制算法通常采用PID、模糊控制、滑模控制[2]等。在工业控制系统中，采用通用PID控制算法的优点是鲁棒性比较强，控制效果比较显著。图1为通用PID控制器的框图。

3 对磁力轴承动态特性影响的仿真

在分别采用通用PID控制和微分先行PID控制策略情况下，对高速电机磁力轴承动态特性（转子位置和控制线圈中电流）的仿真结果如图3所示。

从图3中可知，对于高速电机磁力轴承控制系统采用微分先行PID控制器比采用通用PID控制器更能有效地减小转子位置波动以及减小电流纹波。

4 结语

对于高速电机的磁力轴承系统，采用了两种不同的方法：通用PID控制器和微分先行PID控制器分别进行了控制，对传递函数进行了分析，同时对磁力轴承动态特性的影响进行了仿真研究。仿真结果表明了采用微分先行PID控制器对提高转子位置的精度以及减小电流纹波的有效性，能够提高高速电机磁力轴承控制的动态性能。

参考文献：

[1]王凤翔.高速电机的设计特点及相关技术研究[J].沈阳工业大学学报，2006，28（3）：258-264.

[2]成立.基于模糊逆模型的磁力轴承逆控制系统的设计与仿真[J].工业控制计算机，2016，29（4）：6-7.

基金項目：2016年辽宁省自然科学基金指导计划项目（项目编号：201602412）

作者简介：崔红（1969-），女，辽宁沈阳人，教授，博士，研究方向：特种电机及其控制。