永磁偏置磁悬浮轴承的直接PWM控制研究

摘要：本文对直接采用PWM信号进行控制的磁轴承系统特征进行了研究，对PWM信号进行了时域和频域分析，阐述了利用PWM信号实现DA转换的原理，计算了PWM信号实现DA转换的分辨率。对采用PWM控制时电磁线圈中的电流进行了分析计算和仿真。仿真结果表明，PWM信号能有效的替代高分辨率的DA转换直接进行转子位置控制，从而为磁悬浮轴承的直接PWM控制提供了理论依据。直接PWM控制省去了传统的DA转换环节，简化了控制系统，降低了成本，同时提高了系统的稳定性和可靠性。

关键字：脉宽调制；模数转换；磁悬浮轴承

Research of the AMB Controlling System Based on PWM Singal

Abstract：Active Magnetic Bearing(AMB) is the high and new technology in the world. The DAC in the AMB control system is the Hotpoint in the study. This paper introduces the AMB and its controlling system, draws the frame of AMB system and illuminates the nexus. And then analyses the control strategy of direct PWM signal.，expatiates the theory that the PWM single realizes DA converter, and analyses the resolving power. At the end, it calculates the current in the winding engaged the PWM signal and simulates it.

Key Words：PWM；DAC；AMB

0 引言

永磁偏置磁悬浮轴承采用高性能永磁体产生偏置磁场，通过主动控制使转子稳定悬浮，具有低功耗的特点。数字PWM技术以其控制灵活、高效节能等优势,实现了调制过程的全数字化，有利于参数整定和变参数调节，便于通过改变程序软件或调制算法来实现多种方案及完成对不同领域的控制，提高了控制的可靠性和精度，实现了控制的灵活性。利用PWM信号可以替代DA转换环节实现对轴承的直接控制，从而简化了控制流程，并能达到较好的控制精度。本文对PWM信号的这一应用特征进行了理论分析，并对直接PWM控制时频率对磁轴承线圈电流的影响进行了电路仿真分析，实践表明利用PWM信号替代DA转换环节实现对轴承的直接控制具有控制简单、精度高的特点。

1 永磁偏置磁悬浮轴承的结构

永磁偏置磁悬浮轴承由电磁线圈、线圈铁心、转子叠片、转子、永磁环，定子等部分组成。轴承有四个磁极，整个结构成对称性。永磁体线圈铁芯和定子采用硅钢片叠压而成，铁心与转子的气隙在1mm左右，其结构示意图如图1所示。这种结构的磁轴承在高速转动时，其转子始终保持在同一极性下，磁滞小，可以保持较好的稳定性。

永磁体

图1 径向磁轴承结构示意图

线圈产生的磁场通过线圈铁心、气隙、转子叠片在径向形成一个磁场回路。永磁体通过线