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车载飞轮电池用向心力式悬浮支承-转子系统振动抑制研究
| 论文题名： | 车载飞轮电池用向心力式悬浮支承-转子系统振动抑制研究 |
| 关键词： | 电动汽车;车载飞轮电池;磁轴承;陀螺效应;同步振动;转子系统 |
| 摘要： | 随着能源紧缺和环境污染问题加重，电动汽车替代传统的燃油汽车是大势所趋。目前电动汽车逐渐被大众所认可，但人们对其也提出了更高的要求，例如续航能力、安全性以及实用性等。动力电池成为了限制其广泛应用的主要难题之一。市场上动力电池种类繁多，飞轮电池因其无污染、能量利用效率高、使用寿命长等优势脱颖而出。飞轮电池应用到电动汽车上必定会受到工况、悬架、路面不平整等因素影响。磁轴承作为车载飞轮电池的支承系统，对车载飞轮电池的安全稳定性起着至关重要的作用。因此，对于磁轴承拓扑设计、动力学建模和控制算法的研究有着严格的要求。本文针对车载飞轮电池支承系统进行了拓扑设计、转子动力学建模、控制算法研究、控制系统稳定性以及鲁棒性的研究。本文的主要工作如下： 1.引出车载飞轮电池，介绍其研究的背景。然后从飞轮电池结构方面对其工作原理和关键技术进行了详细地介绍。接下来阐述了飞轮电池国内外研究现状，其中着重描述了目前磁悬浮轴承针对陀螺效应和同步振动抑制的控制算法的发展现状，并总结了目前控制算法的不足之处借此说明了本文研究的目的和意义。 2.为了提高工况下悬浮支承-转子系统的抗干扰能力，提出了一种新型的球面向心力式磁轴承。针对球面向心力式磁轴承，介绍了其结构和工作原理，并且分析了该磁轴承的磁路走向，解释了该球面结构如何提高系统的抗干扰能力。然后通过有限元分析证实球面转子的稳定性好和球面磁轴承悬浮力公式的线性度高。最终建立向心力式悬浮支承-转子系统的动力学模型。 3.针对向心力式悬浮支承-转子系统转速升高，陀螺效应和同步振动更严重问题，提出了基于黄金频率分割点的控制算法（其中黄金频率分割点是一个临界点，用来区分低速区域与高速区域）。该算法将转子转速划分为两个区域，针对不同区域转子受陀螺效应和同步振动影响状况不同提出相应的控制策略。然后通过仿真对比发现，该控制算法相比于传统的控制算法使控制系统在整个速域内具有更好的稳定性和鲁棒性。 4.制定球面向心力式悬浮支承-转子系统的总体实验方案，搭建了试验台，并且详细介绍了实验平台以及整个控制系统的硬件电路设计和软件设计。然后，为了验证基于黄金频率分割点的控制算法的可行性与优越性进行了稳定性实验和鲁棒性实验。稳定性实验又分成3小部分：高低速下总体振动抑制、同步振动抑制和陀螺效应抑制。最后分析实验结果得出结论。 |
| 作者： | 朱鹏飞 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 张维煜 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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