论文总字数：23692字

摘 要

在对能源利用效率要求越来越高的今天，开发出一款绿色、高效率、高功率

等级的储能装置尤为重要。磁轴承的发展减少了摩擦，大大的提高了功率因数，

当今时代控制理论发展迅速，多种控制方法相互结合，衍生出不同而又有效的控制方案，这也就给我们控制系统提供了很多卓有成效的方案。本文主要研究了飞轮储能系统，为解决传统飞轮模型的陀螺效应，提出相应的改进措施，以此优化系统的整体性能。飞轮储能技术代表了当今时代比较先进的储能技术，近几年，飞轮储能发展迅速，成为人们研究的热点问题。

本文首先介绍了飞轮系统储能的基本原理以及飞轮系统的基本结构，分析了飞轮系统的然后研究了飞轮系统的主要器件，同时也是我们研究的重点，也就是磁悬浮轴承。

论文从电磁力的线性化出发，建立了飞轮转子本体的动力学模型，分析了不同控制理论的优缺点。最后选取了并设计了控制转子的分散PID控制系统，并且对飞轮转子高转速下的陀螺效应进行优化，设计出交叉反馈控制。

最后将磁轴承的反馈控制和交叉反馈控制做了比较，不仅实现了对于飞轮系统陀螺效应的抑制，还能讨论了如何改善普通的PID反馈控制;在分散PID控制的基础上，通过交叉反馈的引入，进一步改善了飞轮转子的稳定性。对轴承进行仿真，从而得到可靠的结果。

关键词：飞轮系统 磁轴承 交叉反馈控制 simulink仿真

Study on the cross feedback control of magnetic suspension flywheel system

Abstract

In today's demands for energy efficiency is getting higher and higher, to develop a green, high efficiency, high power levels of energy storage device is particularly important.The development of magnetic bearing reduces friction, greatly improve the power factor, control theory has developed rapidly in today's world, a variety of control methods in combination with each other, derived from different and effective control scheme, which will give us control system provides many effective solutions.This paper mainly studied the flywheel energy storage system, in order to solve the traditional flywheel gyroscopic effect of the model, put forward the corresponding improvement measures, in order to optimize the overall performance of the system.Represents a flywheel energy storage in modern times is the advanced energy storage technology, in recent years, the flywheel energy storage has developed rapidly, become the research hot spot problems.

This paper first introduces the basic principle of flywheel energy storage system and the basic structure of the flywheel system, flywheel system are analyzed and then studied the main components of the flywheel system, is also the focus of our research, is the magnetic suspension bearing.

Papers from the linearization of electromagnetic force, established the dynamic model of flywheel rotor ontology, analyzes the advantages and disadvantages of different control theory.And design the control of the rotor is finally chosen decentralized PID control system, and the gyroscopic effect of the flywheel rotor under high speed optimization, design the cross feedback control.

Finally the feedback control of magnetic bearing and cross feedback control in comparison, not only has realized the gyroscopic effect of the inhibition of the flywheel system, can also discussed how to improve the ordinary PID feedback control;On the basis of the decentralized PID control, through the cross the introduction of feedback, further improved the stability of the flywheel rotor.On bearing simulation, so as to obtain reliable results.

Keywords: wireless power transmission;magnetic coupling; resonance; transmission characteristics; high frequency power supply

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 Ⅳ

1.1 本课题的研究背景及发展趋势 1

1.2 飞轮系统以及磁轴承的研究现状 2

1.2.1 飞轮系统研究现状 2

1.2.2 磁轴承的研究现状 3

1.3 本课题的研究意义 4

1.4 本文研究的主要内容 5

1.4.1 论文的工作安排 5

1.4.2 论文已完成的工作 6

第二章 磁轴承以及飞轮储能系统的原理结构 7

2.1 飞轮系统工作原理 7

2.2 飞轮系统结构 8

2.3 磁轴承工作原理 10

2.4.1 控制器 12

2.4.2 功率放大器 12

2.4.3 传感器 12

2.4.4 轴承 12

3.4 本章小结 12

第三章 髙速飞轮转子系统的动力学模型 14

3.1 自由度的概念 14

3.2 电磁力的线性化 15

3.3 单自由度动力学模型 17

3.4 四自由度动力学模型 18

3.4.1 转子的空间坐标系的建立 18

3.4.2 转子的四自由度建模 19

3.4 本章小结 21

第四章 控制算法设计以及仿真 22

4.1 概述 22

4.2 常用的控制策略分析 22

4.2.1 传统PID控制 22

4.2.2 滑模控制 22

4.2.3 神经网络控制 23

4.3 分散PID控制 23

4.3.1 分散PID控制的理论性研究 23

4.3.2 分散PID控制的仿真 25

4.4 交叉反馈控制 30

4.4.1交叉反馈控制的simulink仿真 34

4.5 交叉反馈控制与分散PID控制的比较 36

第五章 总结与展望 39

5.1 全文工作总结 39

5.2 后续工作展望 39

参考文献 40

致 谢 42

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

近些年，飞轮储能系统发展迅猛，在各个领域都能看到它的身影。飞轮储能是一种先进的储能技术，代表了当代世界的储能技术的最高水平^[1]。

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