內藏式磁浮高速主軸之研發

Abstract

本計畫為二年期計劃之第二年計畫，目標在完成一內藏式磁浮高速主軸之設計、特性分析以及穩健控制器、力量估測器之研發。在第一年計畫中，預計完成(1) 徑、軸向磁浮軸承磁力理論推導與設計；(2) 磁浮主軸設計；(3) 有限元素法之磁場分析、並計算線性模型之參數，如 ki(電流剛性)， kd(位置剛性)， kb(感應反電動勢)等參數值，並與實驗值比較；(4) 感應反電動勢與電流迴路之分析以及數位PID控制器之實現。(5) 電力系統功率之評估。到目前為止，我們完成了徑、軸向磁浮軸承磁力理論之推導與設計，磁浮主軸之設計，正在進行零組件之加工製造。在第二年計畫中，我們將對磁浮系統進行系統判別，並藉由所判別出來之參數值來發展控制器、估測器之設計；其中系統判別是為了得到系統參數值，在不同條件下，得到不同之參數變化區間，藉此建立系統在不同工作點時之參數變動範圍，同時也可藉此資訊來探討磁浮主軸的特性；而由於加工時有很大之外力干擾，單純由穩健控制來控制主軸是不夠的，因此我們加上力量估測器之研發，以有效的抑制外力干擾。計劃完成之項目有：(1) 系統判別；(2) 穩健控制器與力量估測器之設計；(3) 切削實驗並建立加工條件資料表。對於原型機的性能分析，除了以理論基礎及研發經驗做電腦模擬外，並期望於硬體架構建立後，以實驗測試純電磁鐵式磁浮主軸的性能，提供更多資訊，以作為工業界應用於高速切削、磨削等工具機主軸之基礎。