基于自适应浸入和不变理论的转子多频振动靶向抑制

旋转机械转子在运行过程中受到周期性干扰力的激励，振动频率多与转子转速相关，呈现出同频、整数倍频和分频的特点。针对旋转机械所受的多频激励，将转子振动的各频率成分作为抑制靶点，将电磁作动器作为执行机构，提出一种基于自适应浸入和不变理论的转子多频振动靶向抑制方法。该方法在笛卡尔转换坐标系下对多频激励进行矢量分解，将高阶非线性系统浸入到低阶目标系统，且设计的控制算法使目标系统的像具有不变流形吸引性。设计陷波滤波器，提取振动信号的频率成分，该滤波器可根据实时转速自调整陷波频率，以应对转速波动的影响，满足多转速抑制的需要。建立转子-轴承-电磁作动器系统的有限元模型以及实时控制试验台，仿真和试验结果表明，所提方法可以有效地抑制转子多频振动，且鲁棒性较好。     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的非线性动力学

用有限元法建立了任意个由滚动轴承组成的固定间隙备用轴承-主动电磁轴承-多盘多质量转子系统在主动电磁轴承失效前后的动力学方程,以一个多盘转子系统为例分析了主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的瞬态非线性动力学特性,讨论了柔性备用轴承的支撑刚度、支撑阻尼和间隙对转子在坠落过程中动力特性的影响。结果表明采用具有较大阻尼柔性结构的备用轴承能够显著地改善转子坠落在备用轴承上的瞬态动力特性,抑制转子在坠落过程中可能出现具有较大振动和冲击力的全间隙区的涡动运动,减小转子坠落对备用轴承寿命和可靠性的影响。柔性结构备用轴承的支撑阻尼越大,支撑刚度越小,间隙越大,转子坠落后出现全间隙区涡动运动的可能性越小。     

基于相位偏移自适应LMS算法的电磁轴承柔性转子系统多频激励补偿控制

针对电磁轴承柔性转子系统在实际工作中受到多频激励的问题,提出了一种基于相位偏移自适应最小均方(Least mean square,LMS)算法的陷波滤波器,从而实现对多频激励的补偿控制.首先建立了电磁轴承柔性转子系统的动力学模型,给出了反馈补偿控制系统的闭环传递函数;然后推导了基于相位偏移自适应LMS算法的陷波器的脉冲传递函数,分析了相位偏移角对陷波器频率特性和闭环系统稳定性的影响,通过分析不同转速段控制系统的根轨迹,得到了全转速范围内使闭环控制系统保持稳定的相位偏移角;最后分别在不平衡激励和多频激励条件下对电磁轴承柔性转子系统振动控制性能进行了仿真分析,结果说明了所提出的基于相位偏移自适应LMS算法的陷波器能有效地抑制柔性转子的多频振动.     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

滚动轴承-转子系统非线性参数、强迫联合振动

建立考虑非线性轴承力、径向游隙、变柔度等非线性因素和不平衡力的滚动轴承-转子系统动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解,利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析参数、强迫联合激励的滚动轴承-转子系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性.结果表明,滚动轴承-转子系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;随着径向游隙的增大,转子系统的非线性特性增强;不平衡力较小时,系统中参数振动占主导地位,增大不平衡力有利于抑制转子系统的不稳定振动.随不平衡力的增大,强迫振动逐渐增强,大的不平衡力会诱发系统产生混沌振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔.     

基于电磁自愈力的转子快速自动平衡实验

提出了一种快速相位搜索算法,利用电磁装置在特定的平面上产生幅值和相位可控的旋转矢量力来补偿转子的不平衡旋转矢量力,实现在线快速抑制单平面转子系统工频振动故障.对转子同频振动及电磁力可控特性进行了分析,建立了以转子振动响应为指标、磁极线圈电流的幅值和相位为寻优参数的控制模型,提出相位整周搜寻自动平衡算法及快速相位搜索自动平衡算法,并搭建实验台对两种算法进行对比实验研究.结果表明,当转子工作在2 100 r/min时采用整周相位搜索算法,振动下降90％需要20 s,而采用相位快速搜索算法在4s左右即可达到同样的降振效果,提高了转子振动故障自愈调控的效率.     

基于电磁力的转子不平衡-不对中振动靶向抑制

针对旋转机械中转子不平衡-不对中耦合振动问题,提出了基于离散PD算法并采用电磁力抑制转子耦合振动的控制策略.建立转子-轴承-AMA系统模型,引入转子不平衡和联轴器平行不对中故障力,对离散PD控制策略控制效果仿真分析.搭建试验台,从频域角度对不同频率成分进行选择性控制,针对不平衡-不对中耦合故障以及振动信号中的噪声成分,...     

微重力主动隔振系统电磁作动器设计与仿真

为满足空间科学实验载荷对微重力环境的要求,需应用隔振系统对实验载荷进行振动抑制。由于被动隔振仅在特定频率范围有效,低频振动抑制必须采用主动隔振手段。在主动隔振的若干种作动器中,电磁作动器以电气传动、非接触、响应速度快和允许偏移大等特点适用于微重力主动隔振系统。本文设计了一种基于洛伦兹力原理的电磁作动器,并利用有限元软件ANSYS Workbench对作动器特性进行仿真,了解作用力与电流和位移的关系。     

比例电磁式主动吸振器的设计方法研究

以电磁铁为作动器,开展了电磁式主动吸振器设计方法的研究。对主动吸振器电磁作动器进行了设计研究,针对基于E型电磁作动器的主动吸振器具有非对称驱动力的问题,设计了一种具有盘形磁极面的比例电磁作动器。采用有限元和试验验证的方法,对电磁作动器在不同磁极面结构参数组合下的电磁力进行了正交仿真计算和验证,以在一定的动铁心位移范围内电磁力波动最小为目标,获得了最优组合的磁极面结构参数。对主动吸振器动质量的动态位移进行了计算分析,并基于主动吸振器的工作频带和目标驱动力,设计了动铁心的静平衡位置。计算了主动吸振器设计刚度值,并分析了刚度参数对吸振器电磁力特性的影响。最后,结合理论计算和试验验证的方法,分析了比例电磁式主动吸振器近似对称的驱动力特性。     

车辆主动悬架用电磁直线作动器的研究

针对车辆主动悬架的使用要求,设计出一种具有行程大、推力大及响应快速特点的新型电磁直线作动器.结合有限元仿真软件,研究作动器的结构参数如气隙厚度、次级不锈钢管厚度、次级铜层厚度、绝缘挡圈导磁和导电性能及初级线圈的绕线方式等的变化对作动器电磁力大小和响应速度的影响规律,以及电源参数如电源电压、电源频率及电源加载方式的变化对作动器电磁力大小和响应速度的影响规律,结果表明,电磁力除与绝缘挡圈的导电性能无关外,而与气隙厚度等众多结构参数密切相关,电磁力与电源电压的平方成正比例关系,且随电源频率的增大而先增大后减小,在20 Hz左右存在电磁力响应峰值.在此基础上选取合理的参数,试制一款电磁直线作动器样机,并对样机模型进行稳态电磁力和相电流的相关试验测试,通过与有限元仿真结果比较,表明仿真分析结果和试验测试数据基本吻合,验证了有关设计分析的正确性.     

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动,在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上,提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型,分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响,设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统,结果表明,提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。     

基于反共振不平衡转子-轴承系统的振动控制

基于反共振原理和弹性支承法，研究了不平衡转子－轴承系统弹性振动控制方法。给出了不平衡转子－轴承系统抑制轴承弹性振动的设计公式，并设计了一种弹性支承元件。弹性支承的实验研究结果表明，弹性支承转子系统优于其它支承形式的转子系统。     

转子系统强迫振动自校正控制

给出了用于转子系统强迫振动主动控制的自适应控制方案,它主要由可控径向轴承和自校正控制器两部分组成。可控轴承为系统的执行元件,自校正算法则由多步递推预报器和控制器组成,通过在线测量转子系统输入输出值,调整油腔压力而使强迫振动振幅减小。仿真计算表明自适应控制适用于转子系统强迫振动控制,转子不平衡引起的振动幅值可有效地减小。     

Unbalance vibratory displacement compensation for active magnetic bearings

As the dynamic stiffness of radial magnetic bearings is not big enough,when the rotor spins at high speed,unbalance displacement vibration phenomenon will be produced.The most effective way for reducing the displacement vibration is to enhance the radial magnetic bearing stiffness through increasing the control currents,but the suitable control currents are not easy to be provided,especially,to be provided in real time.To implement real time unbalance displacement vibration compensation,through analyzing active magnetic bearings(AMB) mathematical model,the existence of radial displacement runout is demonstrated.To restrain the runout,a new control scheme-adaptive iterative learning control(AILC) is proposed in view of rotor frequency periodic uncertainties during the startup process.The previous error signal is added into AILC learning law to enhance the convergence speed,and an impacting factor influenced by the rotor rotating frequency is introduced as learning output coefficient to improve the rotor control effects.As a feed-forward compensation controller,AILC can provide one unknown and perfect compensatory signal to make the rotor rotate around its geometric axis through power amplifier and radial magnetic bearings.To improve AMB closed-loop control system robust stability,one kind of incomplete differential PID feedback controller is adopted.The correctness of the AILC algorithm is validated by the simulation of AMB mathematical model adding AILC compensation algorithm through MATLAB soft.And the compensation for fixed rotational frequency is implemented in the actual AMB system.The simulation and experiment results show that the compensation scheme based on AILC algorithm as feed-forward compensation and PID algorithm as close-loop control can realize AMB system displacement minimum compensation at one fixed frequency,and improve the stability of the control system.The proposed research provides a new adaptive iterative learning control algorithm and control strategy for AMB displacement minimum compensation,and provides some references for time-varied displacement minimum compensation.     

基于遗传算法的多自由度非线性振动的模糊控制方法

由于非线性系统的复杂性,难以得到基于线性控制规律的有效控制方法。本文对于复杂的多自由度非线性振动系统提出了基于遗传传算法的主动模糊控制方法。     

智能旋翼连续时间高阶谐波控制稳定性分析

后缘襟翼智能旋翼是一种行之有效的直升机旋翼振动主动控制技术,高阶谐波控制算法广泛应用于智能旋翼振动控制领域,其控制器参数直接影响振动控制性能和稳定性。基于后缘襟翼智能旋翼悬停实验数据,笔者经拟合得到智能旋翼系统的传递函数,建立智能旋翼参数化仿真模型,并进行了垂向载荷振动控制仿真。通过系统开环传递函数Nichols图的方式对振动控制系统的稳定性和稳定裕度进行了分析,在保证振动控制性能的前提下,获得了控制器时间常数和相角特性对控制系统稳定裕度的影响规律,为后续智能旋翼振动控制实验中控制器参数调整提供参考。     

Control of passage through a resonance area during the start of a two-rotor vibration machine

Control of the passage of a two-rotor vibration machine through a resonance area is studied. A control algorithm based on the speed gradient method is proposed. The possibility of accelerating unbalanced vibration exciters to velocities exceeding critical resonance values for a limited level of the control signal is studied. The control system robustness with respect to variation in the suspension rigidity of the carrying body, the rotation resistance factor, and rotor eccentricity is analyzed.     

基于优化分簇贝叶斯网的转子振动故障诊断

针对柴油发动机的充电发电机结构及振动的复杂性导致其转子振动故障具有多层次性、耦合性和随机性,以及故障信息不完整性等特点,提出了一种基于振动频谱分析和贝叶斯网络的转子振动故障诊断方法。该方法将故障源和故障现象根据专家经验数值化表示并离散化,运用改进的优化分簇算法,构建特定振动故障类型的贝叶斯诊断网络,利用贝叶斯网络推理算法诊断出故障概率分布,并利用具体的故障证据、设定值对该方法进行验证。仿真及实验结果表明,该方法能在故障信息不完整情况下,依据不完整证据信息更新各网络节点的概率状态,实现对不确定信息的推理和估计,得到较好的诊断结果,提高了转子振动故障的诊断准确度。     

转子系统振动的灰色预测控制研究

分析了转子系统灰色预测控制设计方法及应用。针对单盘对称转子轴承系统 ,建立了灰色模型 GM(1,1)为主体的灰色预测控制模块 ,进行了振动主动控制研究 ,仿真计算结果表明 ,将灰色预测控制理论与方法应用于转子系统振动主动控制是可行的、有效的