磁懸浮軸承——理論、設計及旋轉機械套用

本書對近年來迅速發展的磁軸承技術進行了較為全面深入的闡述,包括磁軸承核心概念,各個子系統部件設計的技術和方法,剛性和柔性轉子的控制方法,系統辨識等,還介紹了微型磁軸承、自軸承電動機及自感測軸承等磁軸承領域新的研究方向。

基本介紹

• 書名：磁懸浮軸承——理論、設計及旋轉機械套用
• 作者：（瑞士）Gerhard Schweitzer 
• 譯者：徐暘 
• ISBN：978-7-111-37261-5
• 頁數：415 
• 定價：￥99.00
• 出版時間：2012-4
• 叢書名：國際電氣工程先進技術譯叢

內容簡介

本書兼顧學術研究和商業套用,適用於所有希望了解、開發和套用磁軸承系統的相關人員閱讀。

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作為機電一體化產品的磁軸承

1?3交通運輸、物理學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研究和工業套用實例

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控制迴路單元

2?1?3磁軸承基本模型

2?2閉環磁軸承的控制迴路

2?2?1簡單主動式磁軸承控制系統設計

2?2?2主動式與被動式磁軸承的不同

2?2?3PD與PID控制

2?2?4電流與電壓控制

2?3反饋控制設計

2?3?1狀態空間描述

2?3?2狀態與輸出反饋控制設計

2?4受迫振動和頻率回響

2?4?1諧波激勵回響

2?4?2廣義頻率回響

2?4?3作為有力工具的頻率回響

參考文獻

第3章硬體部件

3?1軸承電磁鐵

3?1?1磁力現象

3?1?2鐵磁材料的性質

3?1?3磁路

3?1?4磁力

3?1?5軸承磁鐵設計

3?1?6幾何參數

3?1?7徑向軸承承載能力估算

3?1?8止推磁軸承設計

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開關功放原理

3?4感測器

3?4?1幾個術語

3?4?2位移測量

3?4?3磁通和電流測量

3?5結束語

參考文獻

磁懸浮軸承——理論、設計及旋轉機械套用目錄第4章執行器

4?1結構

4?2功率放大器

4?3電磁鐵

4?4執行器組合

4?5算例

4?5?1電磁鐵模型

4?5?2跨導式功率放大器

4?5?3跨磁導式功率放大器

4?6驅動模式和線性化

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電磁鐵執行器回響限制

4?8系統特性測量

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,風損

5?3?1基本知識

5?3?2圓柱自由轉子的拖曳係數

5?3?3多槽定子中閉式圓柱轉子的拖曳係數

5?3?4其他方法

5?3?5空氣損耗的制動轉矩計算

5?4確定轉子損耗

5?5降低損耗措施

5?5?1轉子損耗

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不同套用的損耗

參考文獻

第6章設計準則與限制特徵

6?1承載能力

6?2控制器和執行器

6?3速度

6?4尺寸

6?5高溫

6?6損耗

6?7精度

6?8智慧型機械概念

6?9結束語

參考文獻

第7章剛性轉子動力學

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運動穩定性

7?3?3固有振動

7?4轉速的影響和陀螺效應

7?4?1陀螺動力學

7?4?2前向和反向渦動

7?4?3高轉速下的行為

7?4?4非保守力

7?5靜和動不平衡

7?6轉子激勵和臨界轉速

7?6?1不平衡轉子的臨界轉速

7?6?2其他簡諧激勵

7?6?3機械感測器和執行器偏差產生的激勵

7?6?4不對稱引起的參數激勵

7?6?5非周期性激勵

參考文獻

第8章磁軸承剛性轉子控制

8?1軸承轉子模型

8?2反饋控制設計

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章數字控制

9?1數字控制與模擬控制比較

9?2數字控制硬體及時序問題

9?3離散時間控制基礎

9?3?1由微分方程到差分方程

9?3?2連續時間系統離散後的特性

9?3?3簡單的離散時間PD控制例子

9?4離散時間系統控制設計

9?5數字控制的實現

9?6數字控制磁軸承的診斷能力

參考文獻

第10章柔性轉子動力學

10?1介紹

10?2Jeffcott轉子——一種簡化的柔性轉子

10?2?1Jeffcott轉子的力學模型

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連續質量剛度分布的彈性轉子

10?3?1彈性轉子建模

10?4基於有限元法的運動方程

10?4?1轉子系統單元

10?4?2虛功原理

10?4?3單元矩陣和全局矩陣

10?4?4轉子系統矩陣的通用結構

10?4?5固有振動：固有頻率和模態

10?4?6實例：航空發動機柔性轉子實驗台架

10?4?7受迫不平衡振動

10?5磁軸承柔性轉子

10?5?1力和位移

10?5?2運動方程

10?5?3磁軸承柔性轉子的狀態空間表達

10?6有限元模型的簡化

10?6?1子結構技術

10?6?2平衡降階

10?7結束語

參考文獻

第11章系統辨識

11?1介紹

11?2旋轉機械動力學特性

11?3物理與/或模態參數的辨識

11?3?1轉子動力學模型

11?3?2頻率回響函式測量

11?3?3參數估計

11?4通過磁軸承激振轉子

11?4?1力與運動的激振與控制

11?4?2力的測量技術

11?5辨識的套用

11?5?1磁軸承旋轉結構的模態分析

11?5?2滑動軸承及密封的轉子動力學參數辨識

11?5?3通過辨識對一台泵進行診斷

11?6結束語

參考文獻

第12章 撓性轉子控制

12?1撓性效應

12?1?1頻寬

12?1?2不重合

12?2模型結構

12?3模型單元與組合

12?3?1執行裝置

12?3?2轉子

12?3?3感測器、抗混疊濾波器與採樣延遲

12?3?4完整模型

12?3?5示例模型

12?3?6包括殼體及子結構

12?3?7閉合環路

12?3?8磁軸承系統模型的一些注意事項

12?4最簡單的控制：重合分散PID

12?4?1PID控制概念

12?4?2PID控制實例

12?5性能評估

12?5?1信號權重

12?5?2向量範數

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?3ISO敏感度

12?7?4實例：撓性轉子的輸出敏感度

12?7?5磁軸承系統敏感度的一般性意見

12?8不重合混合PID控制

12?8?1穩定H11(“錐形模態”)

12?8?2穩定H22(“平動模態”)

12?9∞範數

12?10∞控制

12?10?1問題描述

12?10?2解的結構

12?10?3解的性能

12?11μ控制

12?11?1解μ綜合問題

12?11?2μ控制器的性能

12?12非對稱的例子

12?13陀螺效應

12?14不平衡控制

12?14?1最小化控制量

12?14?2最小化回響

12?14?3混合最佳化

12?14?4實現

12?15結束語

參考文獻

第13章保護軸承

13?1轉子與機殼的觸碰綜述

13?2觸碰模型

13?2?1實驗台架

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初始狀態對渦動發展的影響

13?4球軸承

13?5設計考慮

13?6結束語

參考文獻

第14章動力學與容錯控制問題

14?1避免碰摩

14?1?1典型故障

14?1?2部件冗餘

14?2碰摩動力學

14?2?1剛性盤模型

14?2?2完整的轉子磁軸承系統

14?2?3接觸模式穩定

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

參考文獻

第15章自感測磁軸承

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開關紋波

15?4遺留技術挑戰

15?4?1紋波幅度

15?4?2渦流

15?4?3飽和

15?5結束語

參考文獻

第16章自軸承電動機

16?1引言

16?2P±2型自軸承電動機

16?2?1結構與原理

16?2?2實驗結果與思考

16?3混合型自軸承電動機

16?3?1結構與原理

16?3?2實驗結果與思考

16?4洛倫茲型自軸承電動機

16?4?1結構與原理

16?4?2實驗結果與思考

16?5軸向自軸承電動機

16?5?1結構與原理

16?5?2實驗結果和思考

16?6人工心臟泵的套用

16?6?1動機

16?6?2徑向電動機離心泵

16?7結束語

參考文獻

第17章微型磁軸承

17?1微型磁性執行器及其微縮

17?1?1MEMS

17?1?2微型磁軸承的一些潛在套用領域

17?1?3常常被低估:微型磁性執行器與靜電執行器的潛力對比

17?1?4微縮電磁鐵

17?1?5無接觸軸承的微縮

17?1?6微型轉子的空氣動壓效應

17?2磁軸承型式的分類

17?3抗磁轉子軸承

17?3?1基礎

17?3?2最佳化抗磁軸承的永久磁鐵布局

17?3?3與永磁軸承的聯合

17?3?4利用永磁軸承和抗磁穩定被動懸浮一個80g轉子

17?4微型主動式磁軸承

17?5300萬r/min的微型軸承

17?5?1系統裝置

17?5?2感應電動機

17?5?3不同壓力下的風損

17?5?4轉速的測量

17?6結束語

參考文獻

第18章安全性與可靠性問題

18?1安全的心理學和哲學背景

18?2安全性、可靠性和可信任性的定義及技術含義

18?3機電一體化的磁軸承及其失效案例

18?4降低失效風險的措施

18?4?1質量控制,標準

18?4?2設計階段的系統檢查

18?4?3軟體開發

18?4?4冗餘

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,保護軸承

18?5智慧型機械技術

18?6結束語

參考文獻