环形混合哈尔巴赫磁轴承飞轮电池系统的设计与控制研究

环形混合哈尔巴赫磁轴承飞轮电池系统的设计与控制研究(中文4000字,英文PDF)
摘要：本研究中,飞轮电池系统由5自由度磁轴承和一个内装式电动机/发电机组成。磁轴承的类型为混合式磁力轴承,轴向采用被动磁力轴承（PMB），径向采用主动磁力轴承(AMB)。PMB采用一对环形永磁体以哈尔巴赫阵列垂直排列，支撑转子和飞轮的重量。AMB采用一组环形哈尔巴赫阵列放置在转子端,将对应于定子端的一组线圈。AMB在径向方向既能产生吸引力也能产生排斥力,这主要取决于线圈电流的方向。此外,将讨论环形永磁体的制造,它主要由粘合剂粘结弧形永久磁铁组成,因此它可能导致偏心距的存在。在另一方面,当分析磁力时，一个带有矩形永磁体的多边形结构被认为是相当于一个环形永磁体。当被一个主动反馈控制系统连同一个位置传感器驱动时,驱动器能产生适当的磁力平衡由PMB产生的径向磁力,实现稳定悬浮。AMB应用的线圈为差动式,这会导致一个线性趋势的力的关系。为了达到更高的可靠性，转速的变化将会被考虑到动力学系统中,这主要是因为它与共振和固有频率密切相关。最后,设计的控制器采用积分滑模控制(ISMC)，能够克服不确定性的影响并实现良好的稳态精度。此外,数值仿真结果验证了控制器的有效性。
关键词：哈尔巴赫阵列，磁轴承，飞轮电池，非线性控制