在現代工業與科技迅猛發展的進程中，高速大慣量旋轉機械廣泛應用于航空航天、高端裝備制造、能源電力等眾多關鍵領域。在這些旋轉機械里，軸承作為核心部件，其性能優劣直接關乎設備的整體運行質量與穩定性。傳統機械軸承在高速運轉時，因存在機械接觸，不可避免地會產生摩擦與磨損，這不僅降低了系統效率，還增加了能耗，限制了設備的轉速與精度提升，嚴重時甚至會引發故障，導致高昂的維修成本與生產停滯。
隨著科技發展對設備性能要求的不斷攀升，研發新型高性能軸承迫在眉睫。磁懸浮軸承應運而生，它利用電磁力將轉子無接觸地懸浮起來，徹底消除了機械接觸帶來的摩擦與磨損問題。憑借高精度、高轉速、低能耗、長壽命等顯著優勢，磁懸浮軸承在諸多前沿領域展現出巨大的應用潛力，成為推動現代高端裝備技術革新的關鍵因素。然而，磁懸浮軸承系統是一個高度復雜的機電一體化系統，涉及電磁學、控制理論、機械設計等多學科知識。其性能受電磁參數、控制算法、機械結構等多種因素的綜合影響，且各因素之間相互耦合，關系錯綜復雜。為了深入探究磁懸浮軸承的運行機理，優化系統性能，確保其在實際應用中的可靠性與穩定性，一套先進且完善的磁懸浮軸承試驗系統就顯得尤為重要。對此，南京研旭電氣科技有限公司在多年動模平臺經驗的基礎上，結合電磁軸承磁懸浮飛輪系統合作方，構建基于快速原型控制的五自由度磁懸浮軸承試驗系統。通過此平臺，研究人員可以快速掌握電磁軸承五自由度控制特性，驗證相關控制算法，可以縮短研究和開發周期、節省研究經費，可以展開全面深入的研究，具有重要的現實意義。
基于快速原型控制的五自由度磁懸浮軸承實驗系統主要由磁軸承測試臺架、功率驅動器、快速原型控制器、基于模型開發快速原型監控系統、開放式功率硬件開發系統組成，高精度可編程直流電源組成，其系統拓撲如下圖所示。
基于快速原型控制的五自由度磁懸浮軸承實驗系統采用5自由度磁懸浮試驗臺，基于SIC的開放式功率硬件與快速原型控制控制器構成，使得系統能夠更快更高效的進行算法驗證與迭代。
1、5自由度磁懸浮軸承系統，磁軸承和驅動電機在非工作狀態下，轉子軸兩端靠重力分別停靠在徑向磁軸承組件 A 和徑向磁軸承組件 B 中的保護軸承上。當系統啟動后，首先會啟動磁軸承工作，磁軸承轉子軸會懸浮在磁軸承中心，磁軸承轉子軸同磁軸承組件脫離接觸。當系統顯示懸浮正常時，開啟驅動電機的控制器，轉子軸可在驅動電機的帶動下進行高速旋轉。
2、基于SIC的開放式功率硬件，系統采用SIC功率器件，可以有較高的開關頻率，功率硬件可以輸出較高的交流頻率，可以適應更高轉速的控制。
3、采用YXSPACE-SP6000快速原型控制器控制，從SIMULINK模型到控制器執行代碼一鍵生成，可以快速驗證與迭代控制算法。
4、提供系統控制的開源例程，用戶在例程基礎上可以更高效的理解系統以及進行算法迭代創新設計。 |
