劉鈣，朱熀秋

（1.徐州工程學(xué)院 電氣與控制工程學(xué)院，江蘇 徐州 221018；2.江蘇大學(xué) 電氣信息工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013）

根據(jù)“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要的要求，新型儲(chǔ)能是構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的重要技術(shù)和基礎(chǔ)裝備，是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)的重要支撐。隨著新能源發(fā)電、分布式電源系統(tǒng)、不間斷電源、新型動(dòng)力車輛等領(lǐng)域的發(fā)展，新型儲(chǔ)能系統(tǒng)已成為一個(gè)世界性的研究課題。飛輪儲(chǔ)能可以將清潔能源以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存起來(lái)，需要時(shí)通過(guò)電力電子轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換為電能使用。

《計(jì)劃》要求聚焦深度貧困地區(qū)脫貧攻堅(jiān)這個(gè)“堅(jiān)中之堅(jiān)”，加強(qiáng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)、強(qiáng)化政策集成、加大資金投入，大力改善“三區(qū)三州”等地區(qū)旅游基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施，提高可進(jìn)入性和接待能力、提升服務(wù)質(zhì)量和水平，推進(jìn)旅游業(yè)發(fā)展，促進(jìn)民族交往交流交融和脫貧致富?！队?jì)劃》明確，將加快“三區(qū)三州”主通道建設(shè)，加強(qiáng)對(duì)旅游業(yè)發(fā)展的支撐；完善區(qū)域干線公路網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)區(qū)域旅游協(xié)調(diào)融合發(fā)展；加大資金投入和項(xiàng)目?jī)A斜，改善旅游基礎(chǔ)設(shè)施和公共服務(wù)設(shè)施?！队?jì)劃》還要求引導(dǎo)社會(huì)資本投入，不斷豐富旅游產(chǎn)品和服務(wù)。

（1）進(jìn)行任務(wù)的細(xì)化，對(duì)機(jī)器人的前進(jìn)、后退、前左轉(zhuǎn)彎、前右轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作進(jìn)行分解。（2）選擇正確的突破口，當(dāng)前方有球時(shí)要作出前進(jìn)的反應(yīng)。（3）要進(jìn)行第一擴(kuò)展，比如當(dāng)后方有球則要做出后退的反應(yīng)。（4）進(jìn)行第二次擴(kuò)展，當(dāng)左前側(cè)有球則作出左前轉(zhuǎn)的反應(yīng)。（5）作出第三次擴(kuò)展，比如進(jìn)行前方跟球，以此類推進(jìn)行第四次、第五次擴(kuò)展，從而不斷完善局部功能。

飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)主要包括飛輪轉(zhuǎn)子、磁懸浮軸承、高速電動(dòng)機(jī)、電力電子轉(zhuǎn)換裝置以及真空外殼。飛輪轉(zhuǎn)子決定了整個(gè)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)所能存儲(chǔ)的能量。磁軸承在飛輪儲(chǔ)能中用于實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子和定子的無(wú)摩擦運(yùn)行，減少損耗，提高最高轉(zhuǎn)速。高速電動(dòng)機(jī)是能量轉(zhuǎn)換的核心部件，飛輪儲(chǔ)能充電時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪加速旋轉(zhuǎn)，到達(dá)額定轉(zhuǎn)速后說(shuō)明飛輪儲(chǔ)能充滿電，需要使用時(shí)，該飛輪將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能帶動(dòng)負(fù)載，飛輪儲(chǔ)能的電量隨著飛輪轉(zhuǎn)速的降低變少。電力電子轉(zhuǎn)換裝置是飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)關(guān)鍵的組成部分，通過(guò)電力電子變換器進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。飛輪儲(chǔ)能轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，空氣阻力會(huì)限制轉(zhuǎn)子的最高轉(zhuǎn)速，增加系統(tǒng)損耗，因此將飛輪轉(zhuǎn)子密封在全金屬外殼內(nèi)并使用真空泵抽真空。

本文闡述了飛輪儲(chǔ)能的主要結(jié)構(gòu)，總結(jié)了磁軸承的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)并詳細(xì)綜述了其參數(shù)優(yōu)化、無(wú)傳感控制和解耦控制等關(guān)鍵技術(shù)。

1 磁懸浮飛輪儲(chǔ)能主要支承方式

當(dāng)今的主要儲(chǔ)能方式包含化學(xué)儲(chǔ)能、抽水儲(chǔ)能、超導(dǎo)儲(chǔ)能及飛輪儲(chǔ)能等［1］，幾種儲(chǔ)能方式的特性見(jiàn)表1。常用的儲(chǔ)能方式是化學(xué)儲(chǔ)能，如鋰電池和鉛酸電池，其使用壽命特別短且存在儲(chǔ)能密度小以及污染環(huán)境等缺點(diǎn)。抽水儲(chǔ)能一般使用在水位落差較大的地方，受地理位置限制無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。超導(dǎo)儲(chǔ)能使用壽命長(zhǎng)，但制造成本高，不適合大范圍使用。飛輪儲(chǔ)能可以將風(fēng)能和太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能存儲(chǔ)起來(lái)，具有儲(chǔ)能密度高，瞬時(shí)功率大，充放電速度快，使用壽命長(zhǎng)，能量轉(zhuǎn)換效率高等特點(diǎn)，適用于電力調(diào)峰、分布式電源系統(tǒng)、不間斷電源等領(lǐng)域，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的儲(chǔ)能方式［2］。

表1 幾種儲(chǔ)能方式的特性Tab.1 Characteristics of several energy storage methods

飛輪儲(chǔ)能支承結(jié)構(gòu)1 如圖2a 所示，主要由電動(dòng)機(jī)、推力盤(pán)、徑向磁軸承、推力滾動(dòng)軸承、轉(zhuǎn)子等組成，優(yōu)點(diǎn)是剛度任意可調(diào)，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度較大，實(shí)際可行性較小。

圖1 飛輪儲(chǔ)能工作原理圖Fig.1 Schematic diagram of flywheel energy storage

圖2 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的支承結(jié)構(gòu)Fig.2 Supporting structure of flywheel energy storage system

飛輪儲(chǔ)能工作原理如圖1 所示：充電時(shí)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，以動(dòng)能的形式儲(chǔ)存在飛輪轉(zhuǎn)子上；放電時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)子將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，通過(guò)變流器帶動(dòng)負(fù)載運(yùn)行［3］。支承技術(shù)是飛輪系統(tǒng)的核心技術(shù)，傳統(tǒng)支承系統(tǒng)普遍采用機(jī)械軸承，當(dāng)飛輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一定時(shí)，通過(guò)提高飛輪轉(zhuǎn)速可增大系統(tǒng)儲(chǔ)存能量，但轉(zhuǎn)子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)械軸承會(huì)產(chǎn)生大量的摩擦損耗，導(dǎo)致軸承壽命大大降低，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)維修頻率增加［4］。因此，飛輪儲(chǔ)能一般采用磁軸承進(jìn)行控制，飛輪儲(chǔ)能支承結(jié)構(gòu)如圖2所示。

飛輪儲(chǔ)能支承結(jié)構(gòu)2 如圖2b 所示，主要由飛輪本體、輔助軸承、徑向主動(dòng)磁軸承、永磁電動(dòng)機(jī)、軸向主動(dòng)磁軸承等組成，飛輪與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子相結(jié)合并采用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為緊湊，采用徑向、軸向主動(dòng)磁軸承組合進(jìn)行支承，該系統(tǒng)所需的電功率較大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，軸向空間利用率低。

按磁軸承定子上的磁極數(shù)量，通?？梢詫⒋泡S承分為三極磁軸承、四極磁軸承、六極磁軸承、八極磁軸承，如圖10所示。

飛輪儲(chǔ)能支承結(jié)構(gòu)4 如圖2d 所示，由二自由度和三自由度的混合磁軸承共同支承，永磁體自身產(chǎn)生的偏置磁場(chǎng)降低了所需電功率。此外，電動(dòng)機(jī)與軸承均設(shè)計(jì)為外轉(zhuǎn)子形式，電動(dòng)機(jī)本體與飛輪本體組合，裝置結(jié)構(gòu)更緊湊；但磁軸承本身占一定的軸向長(zhǎng)度，限制了飛輪的臨界轉(zhuǎn)速，而且成本較高。

2 飛輪儲(chǔ)能用磁軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

磁軸承應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)，使飛輪轉(zhuǎn)子穩(wěn)定懸浮以保證轉(zhuǎn)子與定子無(wú)直接接觸，從而避免了轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)帶來(lái)的摩擦損耗，適用于超高速場(chǎng)合；同時(shí)又因?yàn)闊o(wú)接觸避免了碎屑產(chǎn)生，適用于超潔凈場(chǎng)合。

(3)人防工程的管道應(yīng)由墻體穿入為宜，盡量不由頂板穿入。凡進(jìn)入防空地下室且其穿過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的管道，均應(yīng)做防護(hù)密閉處理。

磁軸承可以按偏置磁通產(chǎn)生方式、受控自由度數(shù)量、磁極數(shù)量3個(gè)方面進(jìn)行分類。

2.1 按偏置磁通產(chǎn)生方式分類

2.2.2 二自由度磁軸承

圖3 按偏置磁通產(chǎn)生方式分類的磁軸承Fig.3 Magnetic bearings classified by generation modes of biased magnetic flux

2.1.1 主動(dòng)磁軸承

文獻(xiàn)［5］分析了主動(dòng)磁軸承的等效剛度和等效阻尼在交叉反饋控制方法中對(duì)陀螺效應(yīng)的抑制作用，根據(jù)飛輪轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中的不穩(wěn)定問(wèn)題對(duì)主動(dòng)磁軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，新型五自由度主動(dòng)磁軸承應(yīng)用于飛輪儲(chǔ)能的能量密度是傳統(tǒng)飛輪儲(chǔ)能的2倍，成功在1.14 mm氣隙長(zhǎng)度上使一個(gè)質(zhì)量5 440 kg、半徑2 m的飛輪穩(wěn)定懸浮。文獻(xiàn)［6］利用拉格朗日方程得到五自由度飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的非線性模型，解決了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的能量控制問(wèn)題。

2.1.2 被動(dòng)磁軸承

被動(dòng)磁軸承無(wú)控制線圈，僅僅通過(guò)永磁體產(chǎn)生的吸引力和排斥力實(shí)現(xiàn)被動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸?。?］。文獻(xiàn)［8］的多環(huán)形磁鐵形成了多馬鞍面形磁場(chǎng)，選取環(huán)繞磁鐵數(shù)量以及環(huán)繞半徑得到最優(yōu)多馬鞍面磁場(chǎng)并制作被動(dòng)磁軸承，對(duì)臥式飛輪電池進(jìn)行支承。文獻(xiàn)［9］的飛輪儲(chǔ)能由2對(duì)被動(dòng)永磁環(huán)的被動(dòng)磁軸承和混合徑向磁軸承組成，被動(dòng)磁軸承可以在陀螺力矩作用下提供角剛度來(lái)抑制磁懸浮轉(zhuǎn)子，并產(chǎn)生軸向懸浮力，使飛輪轉(zhuǎn)子在軸向上穩(wěn)定懸浮，附著在轉(zhuǎn)子邊緣上的被動(dòng)磁軸承對(duì)角動(dòng)量有很大作用。

〔設(shè)計(jì)意圖：任務(wù)性的字?jǐn)?shù)要求，無(wú)體驗(yàn)式的作文指導(dǎo)，造成了中年級(jí)學(xué)生無(wú)話可寫(xiě)或?qū)懥魉~的通病，這也是學(xué)生的煩惱。由學(xué)生的困惑引出作文訓(xùn)練內(nèi)容，更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。〕

對(duì)于社會(huì)化媒體環(huán)境下的信息質(zhì)量問(wèn)題，有學(xué)者運(yùn)用雙路徑模型(Elaboration Likelihood Model)和“把關(guān)人”理論進(jìn)行了實(shí)證研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)信息源的可靠性、信息內(nèi)容特征、普通受眾的信息素養(yǎng)以及平臺(tái)信息技術(shù)等四個(gè)維度因素都對(duì)信息質(zhì)量有正向的影響[15]。因此，網(wǎng)絡(luò)信息采集者(記者、作者)以及信息編輯發(fā)布者(網(wǎng)絡(luò)編輯)，應(yīng)充分發(fā)揮自身優(yōu)勢(shì)，積極采編、分享、傳播具有較高價(jià)值的信息，并自覺(jué)強(qiáng)化自我監(jiān)督，抵制劣質(zhì)或錯(cuò)誤信息的擴(kuò)散傳播。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)媒體平臺(tái)來(lái)說(shuō)，則應(yīng)加強(qiáng)和優(yōu)化內(nèi)容審核管理，利用信息組織技術(shù)對(duì)信息內(nèi)容進(jìn)行篩選、加工和整合，為信息受眾提供健康、實(shí)用的信息，提升信息的利用價(jià)值。

2.1.3 混合磁軸承

相對(duì)于以上2種磁軸承，混合磁軸承可以降低功率損耗，減小磁軸承的安匝數(shù)和體積，同時(shí)縮短磁軸承的軸向長(zhǎng)度，易于加工和控制。電力系統(tǒng)使用過(guò)程中造成的能量損失以及分布式電源不穩(wěn)定對(duì)微電網(wǎng)造成了極大的影響，因此微電網(wǎng)需要儲(chǔ)能密度高，充放電速度快的飛輪電池，飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)通過(guò)1 個(gè)軸向混合磁軸承和1 個(gè)新型徑向Halbach 混合磁軸承支承，整個(gè)系統(tǒng)非常緊湊，而且具有很好的魯棒性和穩(wěn)定性。用于電力儲(chǔ)能系統(tǒng)的軸向混合磁軸承［10］，永磁體與勵(lì)磁線圈的結(jié)合可以降低功耗，限制系統(tǒng)體積，混合磁軸承支承的飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)轉(zhuǎn)速為20 000 r/min，最大存儲(chǔ)功率容量為30 W，上、下轉(zhuǎn)子和定子為錐形，可以在飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)中達(dá)到更大的懸浮力。

2.1.4 小結(jié)

混合磁軸承利用永磁軸承產(chǎn)生偏置磁通，通過(guò)控制線圈產(chǎn)生控制磁通，同時(shí)解決了主動(dòng)磁軸承和被動(dòng)磁軸承的缺點(diǎn)，不僅降低功率損耗，同時(shí)縮短磁軸承的軸向長(zhǎng)度，而且易于加工和控制。

2.2 按受控自由度數(shù)量分類

2.2.1 單自由度磁軸承

感染型文本，顧名思義，旨在感染或者說(shuō)服讀者并使其采取行動(dòng)。商務(wù)文本中的售前文件幾乎全部都可以歸類為感染型文本。企業(yè)需要宣傳自己，不論是具體的產(chǎn)品和服務(wù)，還是業(yè)績(jī)，或者參與的活動(dòng)和事件，對(duì)外宣傳和公布信息的目的就是讓目標(biāo)讀者認(rèn)同企業(yè)，認(rèn)同企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)，認(rèn)同企業(yè)的價(jià)值觀，認(rèn)同企業(yè)的經(jīng)營(yíng)方式，從而購(gòu)買企業(yè)的產(chǎn)品和服務(wù)，或者購(gòu)買企業(yè)的股票。

文獻(xiàn)［11］在非線性有源磁軸承系統(tǒng)的反饋控制下估計(jì)磁通量，建立了單自由度有源磁軸承系統(tǒng)的精確離散時(shí)間模型，在零偏置磁通量和電壓開(kāi)關(guān)策略下運(yùn)行，并在仿真中顯示了良好的結(jié)果，單自由度磁軸承僅在一個(gè)方向上主動(dòng)控制磁軸承的橫向移動(dòng)，其余方向上的運(yùn)動(dòng)只受到永磁鐵的限制，可以將磁軸承保持在固定位置，精度高于3.5 μm；單自由度主動(dòng)磁軸承如圖4 所示，使用2 個(gè)電磁鐵控制轉(zhuǎn)子在x方向移動(dòng)，非線性控制設(shè)計(jì)利用磁通量的廣義互補(bǔ)，推導(dǎo)了磁通量的模型。

圖4 單自由度主動(dòng)磁軸承Fig.4 Active magnetic bearing with single degree of freedom

按偏置磁通產(chǎn)生方式可以將磁軸承分為主動(dòng)磁軸承、被動(dòng)磁軸承和混合磁軸承3 種，如圖3所示。

二自由度磁軸承一般是在徑向2 個(gè)自由度進(jìn)行支承。如圖5所示，為實(shí)現(xiàn)垂直驅(qū)動(dòng)力和水平驅(qū)動(dòng)力的集成，將繞組和永磁體進(jìn)行集成，文獻(xiàn)［12］設(shè)計(jì)了二自由度洛倫茲力驅(qū)動(dòng)器，定位精度為20 μm，對(duì)多自由度洛倫茲力執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。文獻(xiàn)［13］針對(duì)二自由度三極磁軸承不對(duì)稱結(jié)構(gòu)導(dǎo)致控制復(fù)雜的問(wèn)題，提出了二自由度六極磁軸承，并進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模和仿真驗(yàn)證。

圖5 二自由度磁軸承Fig.5 Magnetic bearing with two degrees of freedom

2.2.3 三自由度磁軸承

三自由度磁軸承如圖6 所示，是在徑向2 個(gè)自由度和軸向1 個(gè)自由度進(jìn)行支承。飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)使用三自由度混合磁軸承進(jìn)行支承時(shí)使用外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，具有軸向利用率高和體積小等優(yōu)點(diǎn)，可使用模糊PID 控制器對(duì)磁軸承進(jìn)行控制。文獻(xiàn)［14］制造了一臺(tái)30 kW，60 000 r/min 高速電動(dòng)機(jī)，采用三自由度混合磁軸承進(jìn)行支承，如圖7 所示，具有良好的懸浮力以及動(dòng)態(tài)性能。

圖6 三自由度徑向、軸向混合磁軸承結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Structure diagram of radial-axial hybrid magnetic bearing with three degrees of freedom

圖7 三自由度混合磁軸承Fig.7 Hybrid magnetic bearing with three degrees of freedom

2.2.4 四自由度磁軸承

四自由度磁軸承由2 套二自由度磁軸承組合而成。文獻(xiàn)［15］提出了新型四自由度同極混合磁軸承（圖8）以減小徑向四自由度的磁場(chǎng)耦合，其由2 對(duì)對(duì)稱的徑向定子和1 個(gè)轉(zhuǎn)子組成，每側(cè)的徑向定子各有2 塊，即x，y定子鐵芯，由于不同徑向定子鐵芯中x，y磁極的特殊設(shè)計(jì)，x，y通道的磁路相互獨(dú)立。文獻(xiàn)［16］的100 kg 飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)利用擺調(diào)諧質(zhì)量阻尼器抑制系統(tǒng)的低頻振動(dòng)，利用拉格朗日定理建立了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的四自由度動(dòng)態(tài)模型，有效實(shí)現(xiàn)了飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的平穩(wěn)運(yùn)行；主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的穩(wěn)定控制是磁懸浮控制力矩陀螺儀應(yīng)用于航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)建立徑向四自由度軸向轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的狀態(tài)空間模型，采用不確定系統(tǒng)的區(qū)域極點(diǎn)分配方法，設(shè)計(jì)了魯棒控制器以保持系統(tǒng)在全轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的穩(wěn)定性。

若數(shù)列由積分形式給出，而定積分又難以計(jì)算時(shí)，常用兩種方法處理:一是利用積分中值定理去掉積分符號(hào)，再求極限；另一種是適當(dāng)?shù)胤糯笈c縮小被積函數(shù)，使得放大與縮小后的積分容易計(jì)算，再用夾逼定理求極限。

圖8 四自由度同極混合磁軸承Fig.8 Homopolar hybrid magnetic bearing with four degrees of freedom

2.2.5 五自由度磁軸承

兩種切口由于選擇的部位不同，其美觀程度、術(shù)后產(chǎn)婦感覺(jué)疼痛不適的程度、傷口的愈合、從切皮到胎兒娩出的時(shí)間、胎頭娩出的難易程度、手術(shù)暴露的術(shù)野、術(shù)后的黏連情況、再次手術(shù)的難易等方面兩者有所不同。

目前來(lái)看，對(duì)于全要素生產(chǎn)率是經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)質(zhì)量提高的主要源泉，學(xué)者們基本已經(jīng)取得共識(shí)，但已有研究多是針對(duì)國(guó)家層面，針對(duì)單個(gè)省級(jí)層面全要素生產(chǎn)率的考察還很少。而我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)間經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異巨大，資源稟賦也有所不同，因此有必要針對(duì)具體的地區(qū)具體分析，才能有針對(duì)性地提出提高全要素生產(chǎn)率的措施。因此，本文基于1992—2016年數(shù)據(jù)，對(duì)安徽全要素生產(chǎn)率增長(zhǎng)率進(jìn)行估算，進(jìn)而分析要素投入和全要素生產(chǎn)率對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)。

圖9 五自由度磁軸承的電主軸Fig.9 Motorized spindle composed of magnetic bearings with five degrees of freedom

2.3 按磁極數(shù)量分類

飛輪儲(chǔ)能支承結(jié)構(gòu)3如圖2c所示，采用1個(gè)單自由度和2個(gè)二自由度的主動(dòng)磁軸承共同支承，替代了傳統(tǒng)的機(jī)械軸承，摩擦損耗大大降低；但整個(gè)裝置完全由主動(dòng)磁軸承支承，電功率消耗相對(duì)較大，控制結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，磁軸承本身軸向長(zhǎng)度限制了系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。

圖10 按磁極數(shù)量分類的磁軸承Fig.10 Magnetic bearings classified by number of magnetic poles

2.3.1 三極磁軸承

在分子泵上使用磁軸承具有消除摩擦，減少功率損耗，降低維護(hù)成本，提高轉(zhuǎn)速和使用壽命等優(yōu)點(diǎn)，此外，磁軸承可以從根本上解決由潤(rùn)滑油蒸汽回流引起的真空室污染問(wèn)題，三極磁軸承具有徑向磁軸承中最簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，可采用三相逆變器驅(qū)動(dòng)，具有成本低、體積小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。三極磁軸承如圖11 所示，由于三極結(jié)構(gòu)和逆變器驅(qū)動(dòng)的力-電流特性是非線性的，難以準(zhǔn)確控制三極磁軸承的位移，利用非線性化數(shù)學(xué)模型分析三極徑向、軸向混合磁軸承的徑向力-電流特性，并采用有限元法進(jìn)行了驗(yàn)證。文獻(xiàn)［19］提出了精確計(jì)算三極磁軸承控制電流和最優(yōu)偏置磁場(chǎng)的方法，與傳統(tǒng)的偏置方法相比，新方法使懸浮力密度提高15.5 %，安培匝數(shù)減少23.4 %。

圖11 三極徑向、軸向磁軸承Fig.11 Three-pole radial-axial magnetic bearing

2.3.2 四極磁軸承

3.2.1 參數(shù)估計(jì)法

五自由度磁軸承的電主軸（圖9）包括1 套二自由度磁軸承和1 套三自由度磁軸承。文獻(xiàn)［17］提出了用于直驅(qū)風(fēng)機(jī)的五自由度混合磁軸承，可實(shí)現(xiàn)徑向四自由度和軸向單自由度的懸浮，該混合磁軸承只采用2組徑向控制繞組（一組徑向控制繞組可以實(shí)現(xiàn)2 個(gè)自由度懸?。?，與傳統(tǒng)的主動(dòng)磁軸承不同，該混合磁軸承采用了無(wú)推力盤(pán)的圓柱形轉(zhuǎn)子，可以減小磁懸浮系統(tǒng)體積。文獻(xiàn)［18］基于不同方向負(fù)載容量最大化的偏置磁通量密度設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)并組裝了1 個(gè)五自由度磁軸承系統(tǒng)，對(duì)于1個(gè)2.2 kg的轉(zhuǎn)子，該六極混合磁軸承的總功耗為12.77 W，僅為具有相同負(fù)載容量的傳統(tǒng)八極主動(dòng)磁軸承的13.35 %。

圖12 互連式四極磁軸承Fig.12 Interconnected four-pole magnetic bearing

圖13 二自由度四極徑向混合磁軸承Fig.13 Four-pole radial hybrid magnetic bearing with two degrees of freedom

2.3.3 六極磁軸承

近幾年來(lái)，我國(guó)出臺(tái)了文化方面、經(jīng)濟(jì)方面、政治方面、環(huán)保領(lǐng)域等方面的相關(guān)法律法規(guī)，這些法規(guī)為我國(guó)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展創(chuàng)造了良好條件?；ヂ?lián)網(wǎng)金融具有獨(dú)特的特點(diǎn)，互聯(lián)網(wǎng)金融的發(fā)展缺乏相應(yīng)的法律保護(hù)與監(jiān)管。下面將以校園貸為例，青少年對(duì)高端產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，但是他們的資金有限，這時(shí)校園貸就吸引了學(xué)生的眼球，通過(guò)校園貸學(xué)生可以購(gòu)買到自己想要的產(chǎn)品，但是部分學(xué)生無(wú)法償還高額負(fù)債，進(jìn)而使學(xué)生走上了歧途，雖然校園貸的貸款利率并沒(méi)有超過(guò)法律的規(guī)定，但是校園貸會(huì)以其他名目進(jìn)行收費(fèi)，這就是人們所說(shuō)的高利貸。我國(guó)的法律法規(guī)并沒(méi)有對(duì)這一業(yè)務(wù)進(jìn)行明確的規(guī)范，消費(fèi)者也難以用法律來(lái)保護(hù)自己的合法權(quán)益。

文獻(xiàn)［22］提出了六極徑向混合磁軸承（圖14），其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括前定子、后定子、轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)子，前定子和后定子分別有6個(gè)磁極，繞組纏繞在前定子和后定子的12個(gè)磁極上。文獻(xiàn)［23］利用有限元軟件對(duì)六極混合磁軸承的組合磁路、力-電流特性曲線和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了計(jì)算分析，得到了最大懸浮力以及設(shè)計(jì)參數(shù)。由逆變器驅(qū)動(dòng)的六極混合磁軸承是一種尺寸小、成本低的高性能磁軸承，為解決工作點(diǎn)偏離參考點(diǎn)而影響六極混合磁軸承系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的問(wèn)題，文獻(xiàn)［24］結(jié)合可變剛度系數(shù)確定的穩(wěn)定區(qū)域進(jìn)行了六極混合磁軸承的參數(shù)設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［25］研究了帶永磁體的六極徑向磁軸承，硅鋼片疊壓顯著地減少了渦流效應(yīng)，從而減少了材料的磁損耗，永磁體沿最短邊緣磁化，產(chǎn)生流向轉(zhuǎn)子的磁通，永磁體的存在使六極混合磁軸承的能耗較小，而且可以由1個(gè)三相逆變器驅(qū)動(dòng)。為降低三極混合磁軸承徑向懸浮力的非線性，進(jìn)一步降低成本和功耗，文獻(xiàn)［26］使用帶二次氣隙的交流六極混合磁軸承，其最大承載力為無(wú)二次氣隙的六極混合磁軸承的184%。文獻(xiàn)［27］得到了六極混合磁軸承的解耦控制器，根據(jù)不同方向負(fù)載容量最大化的偏置磁通量密度設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)并組裝了1個(gè)五自由度磁軸承系統(tǒng)的六極混合磁軸承樣機(jī)；徑向六極五自由度交流混合磁軸承如圖15所示，定子包括左徑向定子鐵芯、左軸向定子鐵芯、右軸向定子鐵芯、右徑向定子鐵芯，轉(zhuǎn)子由1個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯和1個(gè)轉(zhuǎn)軸組成，還包括2個(gè)永磁環(huán)，相反兩極上的繞組串聯(lián)連接形成一相，三相繞組星型連接，由三相交流逆變器驅(qū)動(dòng)，軸向控制繞組位于軸向定子鐵芯內(nèi)，并由1個(gè)雙極性開(kāi)關(guān)功率放大器驅(qū)動(dòng)；用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的六極徑向、軸向混合磁軸承徑向和軸向偏置磁通由1個(gè)永磁體產(chǎn)生，徑向控制線圈由1個(gè)三相逆變器驅(qū)動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、功耗低、驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

圖14 六極徑向混合磁軸承Fig.14 Six-pole radial hybrid magnetic bearing

圖15 徑向六極五自由度交流混合磁軸承Fig.15 Radial six-pole AC hybrid magnetic bearing with five degrees of freedom

2.3.4 八極磁軸承

八極異極徑向、軸向混合磁軸承磁路的基本結(jié)構(gòu)如圖16所示，4個(gè)磁極上纏繞控制線圈，另外4個(gè)磁極內(nèi)嵌入永磁體。文獻(xiàn)［28］研究了八極主動(dòng)磁軸承中轉(zhuǎn)子的非線性動(dòng)力學(xué)模型，考慮具有比例導(dǎo)數(shù)控制器的轉(zhuǎn)子，得到了二自由度的非線性控制方程。文獻(xiàn)［29］研究了用于飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)的八極異極徑向混合磁軸承，該新型結(jié)構(gòu)可以降低位移剛度，新型八極異極徑向混合磁軸承的轉(zhuǎn)子鐵芯損耗僅為22.53 W，僅為具有相同負(fù)載容量的傳統(tǒng)八極異極徑向混合磁軸承的41.6 %。文獻(xiàn)［30］設(shè)計(jì)了一個(gè)600 Wh的飛輪儲(chǔ)能，轉(zhuǎn)子質(zhì)量為70 kg，響應(yīng)精度為6 ms，八極徑向磁軸承（圖17）的最大承載力超過(guò)700 N，其徑向定子由8個(gè)磁極組成。

圖16 八極異極徑向、軸向混合磁軸承磁路Fig.16 Eight-pole heteropolar radial-axial hybrid magnetic bearing

圖17 八極徑向磁軸承Fig.17 Eight-pole radial magnetic bearing

2.3.5 小結(jié)

徑向?qū)ΨQ八極磁軸承通過(guò)2個(gè)雙極性開(kāi)關(guān)功率放大器驅(qū)動(dòng)。三極磁軸承僅需1 個(gè)三相逆變器驅(qū)動(dòng)，體積小、成本低，但三極磁軸承的不對(duì)稱結(jié)構(gòu)會(huì)造成徑向二自由度之間的耦合性大，懸浮力和控制電流之間的線性差等問(wèn)題。結(jié)構(gòu)對(duì)稱的六極磁軸承可以有效降低徑向二自由度之間的耦合，并且改善懸浮力和控制電流之間的線性，有利于實(shí)現(xiàn)飛輪儲(chǔ)能磁軸承支承系統(tǒng)的精確控制。

3 磁軸承關(guān)鍵技術(shù)

3.1 參數(shù)優(yōu)化

采用磁軸承結(jié)構(gòu)的基本參數(shù)設(shè)計(jì)飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)其最優(yōu)性能，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理則導(dǎo)致空間浪費(fèi)，因此需要對(duì)磁軸承支承結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。文獻(xiàn)［31］對(duì)結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如第2 氣隙長(zhǎng)度、永磁體高度和寬度，通過(guò)優(yōu)化可將最大控制電流減小到初始設(shè)計(jì)的40%。文獻(xiàn)［32］對(duì)水平軸高溫超導(dǎo)體磁軸承的成本和體積進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，采用三維有限元分析和外加磁場(chǎng)的高溫超導(dǎo)體等效磁導(dǎo)率模型進(jìn)行優(yōu)化，體積減小了16.2%，成本降低了16.6%。文獻(xiàn)［33］將優(yōu)化磁性材料應(yīng)用在無(wú)源磁軸承中，研究了2 種改進(jìn)的無(wú)源磁軸承結(jié)構(gòu)（包括使用任意大小的永磁體及其氣隙長(zhǎng)度）以及相反磁化結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)磁化結(jié)構(gòu)（Halbach）的2 種構(gòu)型，利用二維規(guī)劃模型計(jì)算2 根無(wú)限棒磁體之間的磁場(chǎng)和剛度，得到標(biāo)準(zhǔn)堆積和Halbach 堆積剛度的直接公式，通過(guò)優(yōu)化獲得了永磁體最大剛度。文獻(xiàn)［34］將粒子群優(yōu)化和混沌局部搜索算法相結(jié)合，對(duì)二自由度混合磁軸承的體積、懸浮力、渦流損失和質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化，智能優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)了磁軸承的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，大大減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)間，然而這些算法嵌套的方法并不能提供多目標(biāo)優(yōu)化的帕累托解集，而且不能直接觀察每個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間的相互作用。

為提高磁軸承的性能，需要一套完整的參數(shù)優(yōu)化體系，使用多目標(biāo)優(yōu)化對(duì)磁軸承的優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行選擇是一種行之有效的方法，多目標(biāo)優(yōu)化算法是實(shí)現(xiàn)磁軸承優(yōu)化目標(biāo)平衡的關(guān)鍵，通?？梢允褂眠z傳算法、粒子群算法、蟻群算法等智能算法進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化，利用智能算法選擇帕累托解集中的最優(yōu)解是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 無(wú)傳感控制技術(shù)

磁軸承無(wú)傳感控制的常用方法是參數(shù)估計(jì)法、狀態(tài)觀測(cè)法以及智能算法檢測(cè)法等［35］。

傳統(tǒng)的主動(dòng)磁軸承基于互連式四極磁軸承（圖12），有4個(gè)U形電磁鐵（2個(gè)用于水平方向，2個(gè)用于垂直方向），從而形成4個(gè)獨(dú)立的磁通量回路。為充分利用空間，提高徑向承載力，文獻(xiàn)［20］提出了新型的二自由度四極徑向混合磁軸承，如圖13所示，其采用獨(dú)立磁路，在徑向空間安裝徑向懸浮繞組。文獻(xiàn)［21］針對(duì)徑向磁軸承涉及n對(duì)極對(duì)數(shù)（n=2，3，4，6，8），將磁軸承發(fā)生的各種損耗（銅損耗、渦流損耗、磁滯損耗、風(fēng)損耗等）總結(jié)為全損耗，并提出了評(píng)價(jià)方法，計(jì)算不同情況下的損耗并進(jìn)行總損耗對(duì)比分析，結(jié)果表明極對(duì)數(shù)由二極變?yōu)樗臉O時(shí)，總損耗急劇下降，之后總損耗隨極對(duì)數(shù)的增加而緩慢增加，四極徑向磁軸承總損耗最小。

自檢測(cè)技術(shù)為簡(jiǎn)化傳統(tǒng)帶位移傳感器的磁軸承系統(tǒng)提供了新的可能，開(kāi)關(guān)電流紋波調(diào)制方法利用功率放大器產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)電流紋波作為檢測(cè)信號(hào)來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子位移，為此提出了一種新的差分調(diào)制方法，以減少脈沖寬度調(diào)制占空比變化對(duì)估計(jì)結(jié)果的影響［36］?；陂_(kāi)關(guān)功率放大器驅(qū)動(dòng)線圈的紋波電流斜率，可直接估計(jì)主動(dòng)磁軸承支承的轉(zhuǎn)子位置，文獻(xiàn)［37］利用紋波的起浮邊緣測(cè)量和估計(jì)電流，并利用估計(jì)電流進(jìn)一步得到轉(zhuǎn)子位置。文獻(xiàn)［38］中自傳感技術(shù)依賴于2 個(gè)相線圈的轉(zhuǎn)子位置相關(guān)的互連電壓，由1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)電壓放大器供電，在無(wú)軸承電動(dòng)機(jī)控制方案的數(shù)字信號(hào)處理器中相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)和集成。

在吉老師的引領(lǐng)下，學(xué)生與文本進(jìn)行跨越時(shí)空的心靈對(duì)話，學(xué)生、文本、教師、編者四者之間的情感得到了交流和溝通，整個(gè)課堂也在心靈的對(duì)話和情感的交流中活力四射。

3.人民群眾的期待渴求。隨著周邊各大商業(yè)樓盤(pán)如雨后春筍般的拔地而起，展現(xiàn)的是物業(yè)齊全、服務(wù)專業(yè)、貼心到位，這讓居住在老舊散小區(qū)的居民有了對(duì)比，滋生出對(duì)自身居住的社區(qū)能治理更好的渴求。隨著生活條件的不斷改善，新的問(wèn)題與矛盾產(chǎn)生，如設(shè)施陳舊老化、道路狹窄等，需要有新的機(jī)制、方式方法去解決，為此需要社區(qū)居委會(huì)、社會(huì)組織、自治組織的參與。隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，老舊散小區(qū)的人員流動(dòng)頻率也較高，社區(qū)人員構(gòu)成復(fù)雜就為社區(qū)的安全保障構(gòu)成了威脅，群眾對(duì)安全的需求得不到滿足，由此產(chǎn)生對(duì)社區(qū)治理要更加規(guī)范的渴望。

3.2.2 狀態(tài)觀測(cè)法

針對(duì)磁軸承系統(tǒng)中轉(zhuǎn)子位移難以準(zhǔn)確檢測(cè)的問(wèn)題，文獻(xiàn)［39］研究了基于連續(xù)隱馬爾可夫模型的軟測(cè)量方法，利用等效磁路法推導(dǎo)了它的非線性數(shù)學(xué)模型，結(jié)合隱馬爾可夫模型優(yōu)越的預(yù)測(cè)能力，收集具有代表性的電流位移數(shù)據(jù)，建立位置預(yù)測(cè)模型，通過(guò)將預(yù)測(cè)結(jié)果與其他收集數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，保證了所建立模型的準(zhǔn)確性。由于主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子的位移受控制器輸出和擾動(dòng)力的影響，基于主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)控制裝置的逆模型推導(dǎo)出了外部擾動(dòng)力的數(shù)學(xué)表達(dá)式，控制器的轉(zhuǎn)子位移和輸出都是擾動(dòng)自檢測(cè)系統(tǒng)的輸入，在自檢測(cè)系統(tǒng)中增加了三階低通濾波器，避免了自檢測(cè)系統(tǒng)由于模型的不確定性而導(dǎo)致的不穩(wěn)定，利用自檢測(cè)系統(tǒng)的自適應(yīng)陷波濾波器消除估計(jì)擾動(dòng)中的同步頻率分量［40］。自傳感磁軸承旨在簡(jiǎn)化獨(dú)立的位移傳感器，該技術(shù)的關(guān)鍵是直接從線圈電壓或電流準(zhǔn)確估計(jì)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，因此執(zhí)行器本身也可用作虛位移傳感器，由于自傳感過(guò)程的非線性，能夠?qū)烙?jì)精度進(jìn)行定量分析的精確模型很少，這限制了該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，文獻(xiàn)［41］以調(diào)制型衛(wèi)星同步矩陣為重點(diǎn)，首次建立了頻域自感知的精確分析模型，還考慮了渦流效應(yīng)和濾波器特性以提高精度。文獻(xiàn)［42］提出了基于雙態(tài)開(kāi)關(guān)功率放大器的同步采樣的直接電流估計(jì)方法，為減少由自測(cè)濾波器和位置估計(jì)算法引起的相移，引入了基于同步采樣的直接電流估計(jì)方法對(duì)高速轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行精確檢測(cè)。

3.2.3 智能算法檢測(cè)法

主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)自檢測(cè)技術(shù)具有降低成本和更好的系統(tǒng)集成的優(yōu)點(diǎn)，可以替代外部傳感器，然而轉(zhuǎn)子實(shí)際位移和估計(jì)位移之間的自測(cè)誤差以及傳感器跳動(dòng)將會(huì)影響主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，引起電流波動(dòng)和轉(zhuǎn)子振動(dòng)，為此提出了調(diào)制型主動(dòng)磁軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的擾動(dòng)抑制方法，并對(duì)擾動(dòng)的振幅和相位進(jìn)行了識(shí)別和實(shí)時(shí)更新，建立了一個(gè)綜合的多頻擾動(dòng)模型，并提出了基于目標(biāo)函數(shù)值的階躍向量的干擾識(shí)別算法［43］。文獻(xiàn)［44］通過(guò)磁鐵的電流信號(hào)估計(jì)無(wú)傳感控制磁軸承的位置，利用遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)自感知技術(shù)來(lái)補(bǔ)償其非線性特性，初始懸浮時(shí)的估計(jì)誤差和懸浮后的抖動(dòng)分別降低了90%和36%；通過(guò)收集控制線圈中的紋波電流，可以在無(wú)位移傳感器的情況下獲得轉(zhuǎn)子位移信息，具有成本低、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)傳統(tǒng)的傅里葉位移估計(jì)方法引起的位移信息提取不完整、不準(zhǔn)確的問(wèn)題，分析具有非平穩(wěn)特性的紋波電流，估計(jì)具有吉布斯效應(yīng)的轉(zhuǎn)子位移，使用基于多分辨率濾波器雙正交的磁軸承電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子位移估計(jì)算法，該算法可以準(zhǔn)確地解調(diào)線圈中的紋波電流，提取紋波電流中的位移信息。文獻(xiàn)［45］是基于混合核函數(shù)模糊支持向量機(jī)位移預(yù)測(cè)模型的無(wú)傳感控制方法，混合核函數(shù)支持向量機(jī)預(yù)測(cè)模型的性能明顯優(yōu)于其他核函數(shù)，位移預(yù)測(cè)值為實(shí)際值的95.5%。

3.2.4 小結(jié)

無(wú)傳感控制的方法有很多，需要對(duì)其進(jìn)行對(duì)比和選擇。參數(shù)估計(jì)法需要額外的電路檢測(cè)電感量來(lái)估計(jì)轉(zhuǎn)子的位移；狀態(tài)觀測(cè)法則需要精確的數(shù)學(xué)模型和狀態(tài)方程進(jìn)行轉(zhuǎn)子位移的計(jì)算，建立的模型有誤差時(shí)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子位移估計(jì)不準(zhǔn)確；使用智能算法建立無(wú)傳感預(yù)測(cè)模型可直接利用智能算法的學(xué)習(xí)能力和非線性擬合能力實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位移自檢測(cè)，是無(wú)傳感控制技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

3.3 解耦控制技術(shù)

磁軸承的1 個(gè)缺點(diǎn)是各個(gè)自由度之間存在耦合，為了對(duì)具有強(qiáng)耦合、非線性和不穩(wěn)定干擾的三自由度六極主動(dòng)磁軸承進(jìn)行解耦，文獻(xiàn)［46］通過(guò)線性/非線性有源干擾抑制開(kāi)關(guān)控制策略對(duì)三自由度六極有源磁軸承解耦；文獻(xiàn)［47］針對(duì)三自由度混合磁軸承的x，y，z軸之間的交叉耦合，在徑向和軸向定子之間增加1個(gè)輔助線圈，有效消除了整個(gè)工作范圍內(nèi)的交叉耦合，在永磁體和徑向或軸向定子之間增加1 個(gè)鐵環(huán)可以降低交叉耦合。六極磁軸承的轉(zhuǎn)子偏離平衡位置時(shí)，徑向二自由度之間存在較強(qiáng)的磁通耦合，文獻(xiàn)［48］指出線性自抗擾控制器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)設(shè)置方便，理論分析簡(jiǎn)單，擾動(dòng)幅值幾乎不改變擾動(dòng)跟蹤性能等優(yōu)點(diǎn)。因此，線性自抗擾控制器的理論研究結(jié)果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了非線性自抗擾控制器的理論研究結(jié)果，已成為實(shí)際工程應(yīng)用的首選［49］。實(shí)際的磁軸承系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，線性自抗擾控制器策略不能完全抑制磁軸承系統(tǒng)中的非線性因素，與線性自抗擾控制器相比，非線性自抗擾控制器具有跟蹤精度高，抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。然而，在參數(shù)調(diào)整和穩(wěn)定性分析方面存在一些困難，非線性擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)觀察器的跟蹤性能與擾動(dòng)的振幅有關(guān)，在干擾條件下，非線性自抗擾控制器的抗干擾能力可能強(qiáng)于線性自抗擾控制器，但由于引入了非線性函數(shù)，控制量過(guò)大，超調(diào)量過(guò)大，因此，結(jié)合線性自抗擾控制器和非線性自抗擾控制器的優(yōu)點(diǎn)，文獻(xiàn)［50］提出了線性/非線性自抗擾控制器的控制策略。

二是教育改造實(shí)效不大。對(duì)罪犯的教育改造是基本手段，通過(guò)教育可以讓罪犯洗心革面、脫胎換骨，這是教育的治本之功效。但是罪犯的性格特點(diǎn)、文化層次、認(rèn)知水平等各方面均有差異。如何讓全體罪犯普遍能接受監(jiān)獄教育內(nèi)容，目前各基層監(jiān)獄做法不一、形式多樣，但總體還是缺乏教育內(nèi)容的核心主線，監(jiān)獄的懲罰改造功能沒(méi)有凸顯。“你是什么人？這是什么地方？你來(lái)干什么?”這三句話的內(nèi)涵沒(méi)有在教育改造實(shí)際工作中得到充分體現(xiàn)。同時(shí)，社會(huì)專業(yè)性教育資源沒(méi)有真正延伸到監(jiān)獄內(nèi)，出于對(duì)外宣傳目的，更多時(shí)候教育的形式大于內(nèi)容。

磁軸承不同自由度之間耦合問(wèn)題常用的解耦方法有逆系統(tǒng)解耦，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)獲得磁軸承的逆系統(tǒng)模型，但該模型的搭建需要很高的精度而且會(huì)受到參數(shù)變化的影響。為解決現(xiàn)有解耦方法存在的問(wèn)題，使用自抗擾控制器對(duì)磁軸承進(jìn)行解耦，并且使用智能算法對(duì)自抗擾控制器的參數(shù)進(jìn)行尋優(yōu)，從而實(shí)現(xiàn)磁軸承不同自由度之間的解耦。因此，使用簡(jiǎn)單高效，解耦性能好的控制算法是磁軸承解耦控制的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)闡述了飛輪儲(chǔ)能工作原理以及常見(jiàn)的4種支承方式，并對(duì)其關(guān)鍵部件磁軸承進(jìn)行了詳細(xì)介紹，說(shuō)明了磁軸承應(yīng)用在飛輪儲(chǔ)能中的必要性。并按偏置磁通產(chǎn)生方式、受控自由度數(shù)量、磁極數(shù)量等分類方式詳細(xì)介紹了磁軸承。最后對(duì)磁軸承關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)優(yōu)化、無(wú)傳感控制技術(shù)以及解耦控制技術(shù)進(jìn)行分析，指出了未來(lái)磁軸承的發(fā)展方向。本文的研究對(duì)于提高飛輪儲(chǔ)能的關(guān)鍵技術(shù)水平，突破飛輪儲(chǔ)能技術(shù)瓶頸，提高我國(guó)飛輪儲(chǔ)能工程應(yīng)用能力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。