箔片安装位置对气体轴承性能影响的仿真分析

为研究弹性箔片气体轴承中箔片安装位置对轴承静、动态性能的影响,对具有不同箔片安装位置角的弹性箔片气体轴承进行了静、动态性能的计算。采用有限差分法耦合气体轴承压力控制方程及箔片柔度方程,获得了气膜压力、厚度分布及轴承承载力;基于小扰动法,计算了轴承的动力学系数。结果表明:弹性箔片气体轴承安装箔片时存在一个"敏感"位置区间,会对轴承静、动态性能构成显著影响;在这一区间内,气膜平均气压及承载力显著下降,主刚度系数下降,交叉刚度系数会在数值上接近主刚度系数,严重影响轴承稳定性,阻尼系数变化相对较小;这一"敏感"位置区间在数值上与轴承偏位角形成近似互补关系;在进行弹性箔片气体轴承实际安装操作时,可以先进行360°整周箔片轴承的偏位角计算,将安装狭槽布置在偏位角的对侧,即远离主要承载区位置。     

圆锥电磁轴承耦合特性研究

分析了圆锥电磁轴承的几何耦合效应以及电流耦合效应,推导了圆锥电磁轴承特有的力矩耦合特性,给出了圆锥电磁轴承动力学特性的计算方法。在此基础上,计算了轴承锥角、宽径比以及极角比对圆锥电磁轴承静特性基础解的影响。结果表明,圆锥电磁轴承静态力与轴承宽径比成线性关系,但轴承力矩与宽径比之间是非线性的;圆锥电磁轴承极角比越大,磁极面积越小,轴承静态力以及力矩都会减小。     

磁轴承柔性转子系统动力特性建模与优化仿真

建立了电磁轴承柔性有质转子系统计入陀螺、阻尼、轴－径向动力耦合及机械－电磁－控制系统耦合等影响的动力特性分析计算数学模型，导出了多变量控制系统的标准化系统矩阵向量方程。以系统仿真响应为目标，通过复合寻优方法实现了系统最佳工作区（点）的求解。对优化仿真结果与试验现场调试结果进行了对比分析。     

扰动频率对动压气体轴承动态刚度和阻尼系数的影响

采用偏导数法求解动压气体润滑Reynolds方程，给出了动压气体轴承动态刚度和阻尼系数普遍适用的计算方法．进行了有限元数值仿真，计算了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数，并重点研究了扰动频率对这些系数的影响．计算结果表明，动压气体轴承的动态刚度系数随着扰动频率的增大而增大，动态阻尼系数随着扰动频率的增大而减小．从理论上解释了动压气体轴承的动态刚度和阻尼系数与扰动频率的密切相关性．     

磁悬浮飞轮系统陀螺效应的抑制

针对磁悬浮飞轮系统的陀螺效应，采用交叉反馈控制进行抑制．分析了引入交叉反馈控制的飞轮系统稳定性，当转速超过某临界转速时，飞轮系统保持稳定，交叉反馈控制可以对陀螺效应进行完全补偿．临界转速与控制器参数以及转子的惯性矩有关，可根据实际需要通过控制器参数进行调整．实验比较了分散PID控制与交叉反馈控制下飞轮系统的性能．实验数据分析的结果表明，分散PID控制下的飞轮系统在12000r／min时由于陀螺效应而失稳，引入交叉反馈控制后，系统在转速达到25000r／min时仍平稳运行．交叉反馈控制对陀螺效应的抑制是有效的．     

弹性横梁支承的可倾瓦推力轴承的静态分析

对推力轴承的周向负荷分配规律及推力瓦的静态工作点进行了研究．建立起系统的平衡方程式，计入了推力盘倾斜及推力瓦支承弹性横梁的影响．定义了可倾瓦的刚度系数，找到了可倾瓦与固定瓦油膜厚度之间的对应关系，从而利用固定瓦的计算结果来求得可倾瓦的静态特性及刚度系数．在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础，利用可倾瓦的刚度系数，在Ｎｅｗｔｏｎ迭代法的基础上，利用可倾瓦的刚度系数，求解非线性方程组．结果表明，推力盘的静态倾斜将引起各推力瓦负荷及静态工作点的很大变化．文中的工作可作为推力轴承广义热弹流分析及推力轴承－转子系统动力学研究的参考．     

基于H∞频域整形的微积分控制参数在磁悬浮轴承中的应用

讨论了基于H∞频域整形的比例、积分及微分（PID）控制参数的选取,设计了PID控制器,对径向磁悬浮轴承的控制做了计算机仿真,并进行了实验验证,研究表明,控制系统的鲁棒稳定性和对低频干扰的抑制干扰的抑制能力与系统带宽膛关,其实现指标可由灵敏度函数与互补灵敏度函数之比来确定。     

参数激励两自由度非线性振动系统的分岔分析

文章给出了在参数激励作用下及在固有频率为２∶１的内共振条件下,两自由度非线性振动系统主参数激励高阶模态的非线性响应．采用多尺度法得到其振幅和相位的调制方程,分析发现平凡解通过树枝分岔产生耦合模态解;并采用Ｍｅｌｎｉｋｏｖ方法研究全局分岔行为,确定了产生Ｓｍａｌｅ马蹄型混沌的参数值．     

可控磁悬浮系统的转子周期性振动抑制

为了有效抑制电磁轴承支承转子的周期性振动,研制了一种结构为重复控制和比例-积分-微分(PID)控制相结合的混合控制器.该混合控制器不仅保证了磁轴承的动态特性,而且消除了系统中的周期性扰动.通过讨论重复控制器的增益系数、截止频率对磁轴承的响应速度、稳定性的影响,给出了控制器的设计过程和参数整定方法.采用高速磁悬浮电机对磁轴承的性能进行了试验,试验结果表明,该控制器具有良好的动态特性,可有效地抑制电磁轴承-转子系统的周期性振动,并减少了转子频谱中的三倍频成分,从而提高了电磁轴承的支承精度.     

重载电磁轴承设计研究

研究了电磁轴承重静载时结构参数设计的几个关键问题，提出了有静载时差动控制电磁铁静态工作点的设置及解决启浮问题的方法，给出了具体的设计步骤，对重载电磁轴承结构参数设计有实际的指导意义