电磁轴承—转子系统稳定性分析与控制器参数设计

以多质点离散转子为对象，采用对数衰减率作为指标，判别电磁轴承－转子系统的稳定性，分析讨论了控制器各参数对系统各阶模态对数衰减率及固有频率的影响，由此从稳定性出发来指导控制器的参数设计，所采用的分析方法较过去单质点转子及极点配置法更精确和接近于实际转子系统。     

高速转子轴承系统稳定性的试验研究

采用试验模态分析法对高速转子轴承系统稳定性进行分析．该分析方法是以一脉冲力激振转子系统时,同步采集系统的响应信息,并根据其响应信息中含有的自由振动信号,用对数衰减率判据评定转子系统的稳定性．结果表明：在远离激振点处激发出的自由振动信号仅含有系统的最低阶模态,界限状态下系统的阻尼有促使系统趋于稳定的作用．     

油膜轴承稳定性系统阻尼试验研究

运用模态分离的概念,通过求自由振动位移响应的对数衰减率而得到转子轴承系统的最低一、二阶模态的模态阻尼,亦称系统阻尼.这种测试技术已成功地用于不同类型轴承支撑下的转子轴承系统的稳定性研究.     

高速转子-轴承系统稳定性的试验研究

采用试验模态分析法对高速转子-轴承系统稳定性进行分析.该分析方法是以一脉冲力激振转子系统时,同步采集系统的响应信息,并根据其响应信息中含有的自由振动信号,用对数衰减率判据评定转子系统的稳定性.结果表明:在远离激振点处激发出的自由振动信号仅含有系统的最低阶模态,界限状态下系统的阻尼有促使系统趋于稳定的作用.     

表面微织构对滑动轴承支撑主轴稳定性的影响

针对主轴表面微织构对轴承转子系统稳定性的影响问题,利用CFD仿真的方法,对一种轴承的动静特性进行了研究,使用APDL建立了该环槽轴承的模型。对仿真结果与实验进行了对比,验证了该模型下CFD仿真计算方法的正确性,并系统研究了深隙比、深宽比及径宽比等织构参数对轴承静动特性的影响。结果表明:添加表面微织构将会使轴承的承载力下降,但同时能够有效降低轴承的温升;在特定的织构参数下,微织构可明显改善轴承的动特性参数;相比于无织构的系统,有微织构的转子系统对数衰减率提高的幅度可达45.5%;对于滑动轴承支撑的主轴,在润滑表面添加合理参数的微织构后,能够有效提高转子系统的稳定性。     

燃气轮机齿轮耦合转子系统的动力学特性

在考虑滑动轴承的基础上,利用传递矩阵法分别建立了两单轴转子的弯曲振动分析模型,推导了人字齿轮耦合单元的传递矩阵,应用整体传递矩阵法建立了人字齿轮转子系统的弯扭耦合振动分析模型,对某燃气轮机齿轮-转子-轴承系统进行了振动特性分析。通过数值计算与分析,获得齿轮转子系统的特征值、对数衰减率及临界转速。结果表明该齿轮-转子-轴承系统的工作转速远离临界转速,具有工作的稳定性和安全性。     

三支承多质量盘转子轴承系统稳定性实验研究

用脉冲力激振转子系统的同时采集系统的多点响应 ,相关分析法提取测点的自由振动响应 ,用对数衰减率判据评定该系统的稳定性。频谱分析结果表明 :脉冲力击振双跨多自由度转子在击振点处激发出的信号是以最低阶模态为主的信号、远离击振点跨所激发出的自由振动信号仅含有系统的最低阶模态 ;界限状态下系统的阻尼有促使系统趋于稳定的作用 ,多自由度转子系统的稳定性可用系统的最低阶模态评定。     

摩擦型阻尼器的斜拉索减振试验研究

通过人工激振后测自由振动衰减，得到了拉索一摩擦型阻尼器系统的对数衰减率．试验结果表明，安装摩擦型阻尼器后拉索阻尼有了很大的提高；试验测得的对数衰减率值与拉索的最大振幅及模态均相关；实测所得到的对数衰减率一振幅及模态关系和Main提出的理论计算结果，在拉索所能获得的对数衰减率最大值及对数衰减率值随振幅及模态的变化趋势相吻合，然而在振幅的幅值对应上存在较大的差异；对于非线性较强的摩擦型阻尼器，Main提出的理论仍需进行修正方能在阻尼器优化设计中应用．     

某涡扇发动机转子系统稳定裕度及其灵敏度分析

某型涡扇发动机转子系统由3个单转子系统构成。将该三转子系统在耦合处分开,把耦合力作为单个转子上的外力,并利用集总参数法和各节点的振动微分方程表达式建立单个转子的振动方程。利用各转子间耦合部件的总体耦合矩阵将单个转子的振动方程耦合在一起,建立了整个三转子系统的振动微分方程。通过求解整个系统的振动微分方程,得到整个系统所有模态的对数衰减率,并进一步求出系统的稳定裕度和其灵敏度。研究结论表明:提高高压转子轴承的阻尼和高压转子的弯曲刚度可以有效提高系统的稳定裕度;联轴器的存在和转子转速的提高都会降低转子系统的稳定裕度。     

磁悬浮永磁同步电机转子系统的参数辨识与控制

针对磁悬浮永磁同步电机转子系统在悬浮控制过程中,由于磁力参数不准确从而影响控制器的优化设计甚至破坏系统稳定性的问题,提出一种基于高斯调制函数法的磁力参数辨识方法,并设计滑模控制律对转子的稳态悬浮进行控制。首先,让磁悬浮转子系统在PID控制下闭环稳定,再以多正弦信号激励系统,利用高斯函数作为调制函数,对磁悬浮转子系统连续动力学模型进行数字调制积分,从而建立离散等价参数辨识模型;然后,选择与磁悬浮转子系统频带覆盖范围相匹配的尺度参数构建高斯调制函数,对磁悬浮永磁同步电机实验台的磁力参数进行辨识;最后,依据辨识所得的模型参数设计滑模控制器,实现永磁同步电机转子的稳态悬浮。所提方法避免了对微分信号的直接处理,同时又回避了积分初值问题,能够便捷、有效地辨识磁力参数;所设计的滑模控制器使得磁悬浮转子系统拥有更好的稳态和动态性能。实验结果表明：根据所提方法设计的滑模控制器能够使转子在0.2 s内到达目标位置并保持稳定,其调节时间仅为PID控制的40%。     

主动磁悬浮推力轴承的状态反馈线性化控制

研究了无预磁化偏流的单边方式主动磁悬浮推力轴承的控制,针对系统的非线性模型,应用状态反馈线性化方法,构造出非线性控制器,使得系统在大范围内精确线性化,然后应用线性系统理论对线性化学系统进行综合。研究表明,系统具有良好的静、动态性能。由于这种单边方式推力轴承的电磁力线圈不需要预磁化偏流,与常规的差动式有预磁化偏流结构的系统相比,系统的功耗大为降低,效率显著提高,而且系统的温升及阻尼均大为减少。     

转子-轴承系统固有频率对设计参数的灵敏度

应用模态分析技术及向量原理,推导出转子－轴承系统特征值对设计参数的灵敏度公式．利用广义逆迭代法直接求解二次特征值问题,从而完全避免了２Ｎ维特征向量的规范正交过程．并对实际转子－轴承系统进行了计算分析．     

混合磁悬浮轴承转子系统的模糊控制策略

针对混合磁悬浮轴承,提出一种对磁悬浮轴承转子模糊控制的策略.结合电磁绕组工作原理,采用自感式位移自检测系统代替专门的位移传感器,构成无传感器自检测磁悬浮控制系统,通过模糊PID(proportional,integral and differential)控制器对系统进行控制,并建立了控制系统的数学模型.分析模糊PID控制器整定参数的模糊规则及模糊控制原理,对系统进行了模糊仿真.仿真结果表明:采用模糊PID控制混合磁悬浮轴承系统具有响应快、抗干扰能力强的动、静态性能.     

转子-轴承系统中电磁作动器的力学特性分析及实验研究

通过理论分析和实验的方法研究了电磁作动器的力学特性,建立了基于转子振动位移的电磁作动器电磁力模型;设计了电磁力模型参数识别装置,并采用最小二乘估计法进行了模型参数识别。该模型与电磁轴承力的理想模型的对比实验表明,基于转子振动位移的电磁力模型较之传统理想模型更能反映电磁作动器中实际电磁力的力学特性。     

运行状态下转子-轴承系统模态参数辨识方法的研究

利用转子动平衡中,动平衡机可改变支承刚度的特点,提取改变支承刚度后转子滑动轴承系统的自由振动响应,用小波变换的方法剔除转子不平衡响应及高频干扰,给出了一种转子运动状态下分析与实验相结合识别模态参数的方法。模拟试验结果表明此方法的正确性和可行性。     

基于电流控制环的参数自适应永磁同步电机研究

针对永磁同步电机伺服系统,其电阻、磁通等参数会发生变化,使电流控制环性能变差的情况,提出了一种在同一模型中对电阻、电感与磁通进行辨识的自适应控制方法.该方法首先使用统计求均值的方法辨识电机的电感,然后根据波波夫超稳定理论设计电阻与磁通的模型参考辨识方法,并利用这些辨识值修正PID控制的系数.仿真结果表明,系统可以快速地...     

轮毂电机气隙偏心下不平衡电磁力与转子系统振动特性分析

相对于传统电机,轮毂电机在电动车行驶过程中,由于路面激励等外界因素的作用,定转子之间会更容易产生偏心,造成轮毂电机气隙不均匀而产生不平衡磁拉力,影响轮毂电机的运行。以一种表贴式永磁同步轮毂电机为研究对象,建立等效的转子动力学模型。通过解析计算和Maxwell Ansoft软件分析了气隙偏心下轮毂电机电磁力的变化情况,并将不平衡电磁力带入等效转子系统运动方程,运用隐式Newmark积分法对转子系统在不平衡电磁力、质量偏心和初始误差偏心影响下的动力响应进行计算。结果表明:气隙偏心会产生特定频率的不平衡磁拉力,增大质量偏心会减轻不平衡磁拉力对转子系统的影响,并且初始位置误差偏心会使转子轴心朝偏心方向偏移,并会与重力相互作用。研究结果可为分析电动车用轮毂电机定转子的振动和后续的控制奠定基础。     

轮毂电机驱动电动汽车耦合动力学特性参数灵敏度分析

以两后轮轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车辆动力学纵向、横向和垂向的主要耦合因素,建立了整车16自由度非线性耦合动力学模型;并基于Adams/Car对模型的正确性进行了验证。在此基础上,以侧向加速度、横摆角速度、侧倾角、俯仰角、垂向加速度及轮毂电机定转子间的相对位移为评价指标,对前后悬架刚度、车身与电机质量比、定转子质量比、轴承与轮胎刚度比对动力学评价指标的影响进行分析。在分析各项系统参数对动力学评价指标影响的基础上,采用扰动法对各项系统参数进行灵敏度分析。结果表明,对侧向加速度和横摆角速度影响最大的均为定转子质量比,灵敏度分别为4×10-3和1.21×10-2;前悬架刚度对侧倾角和垂向加速度的影响最大,灵敏度分别为2.69×10-2和2.06×10-2;后悬架刚度对俯仰角的影响最大,灵敏度为2.9×10-3;定转子质量比对两轮毂电机定转子间的相对位移最为敏感,灵敏度分别为9.550 2×10-7和1.007 3×10-6。为后续轮毂电机驱动电动汽车结构参数优化设计及动力学控制的进一步研究奠定了理论基础。     

用于飞轮电池的电动磁力轴承的研究

针对飞轮电池目前存在的主要问题，如价格和可靠性，提出了一种新型被动磁悬浮支承系统，系统由轴向永磁磁力轴承和径向电动磁力轴承两部分构成．从电动磁力轴承的悬浮机理出发，分析转子在特定磁场下运动时的电磁力，建立了转子的状态方程，继而导出稳定运转条件，并通过设计实例导出转子在一定的设计参数下可在任何转速下稳定运转的重要结论．     

滑动轴承转子系统挤压油膜阻尼器最佳参数的设计与实现

尽管挤压油膜阻尼器具有明显改善转子系统振动特性的作用，合理确定挤压油膜阻尼器的设计参数却非易事，尤其是在复杂的轴承－转子系统情况下．文中介绍了一种行之有效的挤压油膜阻尼器最优设计方法——虚设振幅逆解法．利用该方法可以首先估算系统所需的最佳支承质量、支承刚度和支承阻尼，进而可以确定满足以上参数要求的挤压油膜阻尼器的结构参数．文中针对滑动轴承支承的单质量弹性转子系统，分别对普通挤压油膜阻尼器和静压挤压油膜阻尼器的２种情况进行了计算和分析