超导磁浮轴承转子系统动态特性研究

利用超导体的迈斯纳效应可以实现稳定的超导磁浮支承，广泛应用于定位导航、大地参数测量、重力测量、科学试验等军用和民用领域内各种高精度精密仪器的研制。本项目针对超导磁悬浮球支承腔内超导球转子悬浮旋转稳定性的关键问题，研究超导磁支承球形转子系统的机电耦合动力学模型建立、系统临界转速和固有频率的计算方法；在动力学模型的基础上分析超导转子质量偏心引起的转子不平衡振动的一般规律，提出减小和抑制不平衡振动的途径和方法，解决超导转子的失稳问题。本项目是一个集超导电工学、电磁学、机械动力学、电子技术及控制理论等多学科交叉的研究课题，为超导磁悬浮精密仪器在军用和民用领域的应用和发展奠定理论和技术基础。

本项目针对超导磁悬浮转子稳定运行的关键问题，分析了超导转子在超导磁悬浮支承作用下的受力情况和运动特性，在此基础上建立了超导转子的运动学方程；研究了磁悬浮支承控制系统作用下转子系统的电学参数特性，建立了超导转子的电学微分方程；将超导转子的运动学微分方程和电学微分方程结合考虑，建立了超导磁悬浮支承球形转子系统的机电耦合动力学模型；计算分析了模型中的超导磁支承参数，即磁刚度和磁阻尼特性；仿真分析了控制器参数对超导磁支承特性的影响；在转子动力学模型的基础上，计算了超导转子的临界转速，及临界转速与支承刚度的关系，并与实验结果进行了比较，基本吻合；提出了变支承刚度的主动控制方法，通过改变转子的支承刚度，达到避开系统的共振区域，实现平稳加速的目的；采用强度补偿式光纤位移传感器进行超导转子的位移检测，得到转子的不平衡振动信号。.本项目按照研究计划完成了相关研究工作，达到了预期的目标。已经发表论文6篇，发明专利授权1项，受理3项。