交流主动磁轴承电主轴线性最优控制：稳定悬浮与性能优化

本文主要探讨了交流主动磁轴承电主轴（Electric Spindles Supported by AC Active Magnetic Bearings, AMBs）的线性二次型最优控制（Linear Quadratic Optimal Control, LQO）设计方法。作者朱焕秋、黄振跃等人，来自江苏大学电气信息工程学院，针对这种先进的旋转机械支撑系统，提出了利用LQO理论来优化磁轴承控制器的设计。 首先，他们详细描述了一种基于交流主动磁轴承的电主轴结构，该结构具有高精度和高性能，适用于需要极高稳定性和动态响应的精密应用。电主轴的工作原理是通过电磁力实现转子的悬浮和支持，从而减少摩擦和振动，提高系统效率和可靠性。 文章接着介绍了线性二次型最优控制理论的基本概念，这是一种广泛应用在控制系统设计中的方法，旨在最小化一个关于系统状态和控制输入的二次型成本函数，同时满足一定的性能指标。作者将这一理论应用到电主轴系统中，设计了两种控制器：分散参数控制器和集中参数控制器，两者都是为了实现转子的稳定悬浮和优化系统性能。 通过Matlab软件，作者进行了控制器的仿真和性能比较。实验结果显示，在20000转/分钟的转速下，采用线性二次型最优控制设计的分散控制器表现出显著的优势，能够使转子保持稳定悬浮，使得交流主动磁轴承电主轴能够按照理想的指标运行，包括动态性能和静态性能方面的优良表现。 关键词：磁轴承、电主轴、状态方程、线性二次型、控制器。文章的研究成果对于提升电主轴在精密加工、航空航天等领域中的应用有着重要的实际意义，同时也为磁轴承控制系统的理论研究提供了新的设计思路和技术支持。 此外，本文还被归类在TM133类别下，文献标志码为A，文章编号为1007-449X(2012)10-0071-08，表明这是电机与控制学报2012年10月第16卷第10期的一篇重要学术论文，具有较高的学术价值和实用价值。