磁悬浮飞轮转子的临界转速分析

磁悬浮飞轮电池具有比能量高、比功率大、充放电快、寿命长、无任何废气废料污染等优点,使其具有广阔的发展前景。基于传递矩阵法并借助ANSYS软件对磁悬浮飞轮电池转子的临界转速进行了研究与分析。     

磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法与试验研究

针对磁悬浮飞轮不平衡振动会造成飞轮系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度的问题,提出一种开环轴承力补偿的磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法。将抑制轴承力中的同频量作为控制目标,通过建立含有不平衡量的磁悬浮飞轮系统动力学模型,分析刚性转子不平衡量的特性,在自适应陷波器基础上,加入位移刚度力补偿机构、开闭环控制和位移刚度力补偿控制两个作用开关,在整个转速范围内对轴承力中的同频量进行抑制。本方法特别适合磁悬浮飞轮输出姿态控制力矩时频繁穿越临界转速的特点,尤其适合磁悬浮反作用飞轮的应用。仿真分析和试验结果表明,本方法在整个转速范围内对飞轮转子的不平衡振动起到很好的抑制效果。     

基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器实现磁悬浮飞轮主动振动控制

为了抑制磁悬浮飞轮的振动,分析了磁悬浮飞轮的振动源.针对磁悬浮飞轮最主要的振动源-不平衡振动,给出了一种基于TMS320C6713B+FPGA数字控制器的磁悬浮飞轮主动振动控制实现方案.介绍了所采用的主动振动控制方法、数字控制器的硬件组成和功能原理,并讨论了DSP中主动振动控制算法的实现和FPGA中多任务管理及外设控制等.实验结果显示,采用本方法进行主动振动控制后,磁悬浮飞轮的不平衡振动衰减至3.2%,表明本实现方案对飞轮转子不平衡振动取得了很好的抑制效果,对于增加磁悬浮飞轮姿态控制的稳定性,提高对地观测分辨率具有重要意义与应用价值.     

基于飞轮转速及其波动的气缸IMEP估计模型

分析了四缸汽油机各缸平均指示压力(IMEP)与对应的飞轮平均角速度和角速度波动乘积之间的线性相关性,得出其线性相关性较弱的结论。采用最小二乘参数识别法得到了利用飞轮平均角速度和角速度波动估计各缸IMEP的单工况模型,以平均角速度、角速度波动和平均负载的多项式模型代替单工况模型中的模型系数得到了估计IMEP的稳态工况通用模型,IMEP的估计值和实测值之间的相对误差在8%以内。     

磁悬浮飞轮结构模态振动控制

磁悬浮动量轮系统中,为避免中频段存在的两个结构模态振动破坏系统的稳定运行,采用特殊的控制方法对其进行抑制.为获取结构振动参数,通过一种非参数频域辨识方法对系统模型进行辨识,辨识结果显示其中一个结构共振频率随控制器刚度变化而发生显著变化.由于理论建模存在困难,使用一种基于叠代过程的方法抑制共振,叠代过程包括辨识与控制器参数的调整.在进行控制器设计时,分别采用基于零极点对与μ综合的方法进行控制器设计.试验证明叠代过程是有效的,两种方法设计出来的控制器均可以很好地抑制系统结构模态的振动.     

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。     

磁悬浮飞轮储能装置的设计

设计了一种磁悬浮支承的飞轮储能装置,对飞轮结构与支承形式等进行了研究.将盘状飞轮优化为伞状飞轮,可以提高飞轮转动惯量;采用机械轴承与永磁轴承相结合,省去复杂的电磁轴承以及相关控制部分,飞轮在合适的转速下稳定旋转,并完成了样机的设计.该新产品的开发具有节能环保的意义.     

车载飞轮电池磁悬浮刚性转子的数学模型

研究汽车运动对车载飞轮电池的影响。以及车载飞轮电池磁悬浮转子的受力分析。结合国内外研究现状。建立了车载飞轮电池磁悬浮转子的数学模型。     

磁悬浮飞轮锁紧保护效果的检测

综合考虑磁悬浮飞轮系统及其现有锁紧机构的各项性能,提出了一套检验飞轮锁紧机构保护效果的方法。以可重复抱式锁紧机构为例,从飞轮系统性能、宏观振动响应和微观损伤三方面对锁紧机构的保护效果进行了评测。通过对比分析磁悬浮飞轮和锁紧机构在环境力学试验前后的性能测试数据,判断两者性能是否正常。环境力学试验中,利用加速度力学传感器和电涡流位移传感器分别检测飞轮系统频谱响应和飞轮定、转子间的相对振动位移,评价锁紧机构的宏观保护效果。力学试验后,采用扫描电子显微镜(SEM)和能量色散谱仪(EDS)分析锁紧面内的磨损形貌和元素成分,对锁紧机构的微观保护效果进行评价。该检测方法对同类航天产品的检测具有很好的借鉴意义。     

基于自锁原理的磁悬浮飞轮电磁锁紧机构

摘 要：针对空间用磁悬浮飞轮在发射过程需要保护的性能需求,提出了一种基于机构自锁原理的可重复电磁锁机构,针对某型磁悬浮飞轮设计了质量为158克的锁紧/解锁机构,尺寸为45mm×49mm×40mm,建立了锁紧/解锁机构的数学模型;针对地面和空间两种环境,分析了机构在锁紧和解锁过程中锁紧力和解锁力的变化曲线,结果表明最大锁紧力为650N,保持锁紧和解锁状态的力分别为133.8N和-9.4N,可有效实现锁紧和解锁功能,重力对锁紧机构的性能影响很小,并根据某型卫星发射过程中的正弦振动、随机振动和冲击力学试验验证了锁紧机构,从而为磁悬浮飞轮的空间应用奠定了坚实的技术基础。     

微框架效应磁悬浮飞轮转子轮缘优化设计

基于由磁阻式锥形磁轴承和洛伦兹力磁轴承组成的五自由度微框架磁悬浮飞轮,对转子轮缘进行了优化设计.根据飞轮转子结构特性,提出以质量为优化目标,对轮缘质量、极转动惯量和一阶共振频率等进行理论分析和研究,确定了优化变量.应用优化设计软件iSIGHT集成有限元分析软件ANSYS,采用序列二次规划算法,以一阶共振频率、极转动惯量、最大等效应力、极惯性矩与赤道惯性矩之比等作为约束条件并考虑轮辐根数对轮缘质量的影响,对轮缘进行了优化计算,得到了相关变量的最优化结果.结果表明,其他变量最优、轮辐根数为3时,轮缘具有最小质量为2.036 kg,比初始质量2.226 kg减小了8.54％.提出的优化方法提高了转子设计的合理性和效率,对飞轮系统整体优化设计具有重要意义.     

悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测

根据液浮转子式微陀螺闭环驱动系统对转子转速测量的需求,提出了一种适用于悬浮转子式微陀螺的反电动势转速检测方法.根据楞次定律,永磁转子在附有检测线圈的定子中转动时,会切割磁感线感应出反电动势.对反电动势信号进行分析,即可测得转子的转速.由于检测线圈与驱动线圈共用定子铁芯,这种检测方法在降低定于结构复杂度的同时,也引入了矩形波驱动信号带来的毛刺干扰.干扰信号经过模拟低通滤波器衰减后,通过模数转换器转换为数字信号.该信号通过单片机上运行的过零检测算法处理后,即可得到当前转子的转速.测试结果表明,该转速检测系统在刷新率为4 Hz、转速达到5 000 r/min以上时,测量值的相对误差在0.3％以内,其非线性误差为0.41％,能够满足对悬浮转子式微陀螺转速进行检测的要求.     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的优化设计

介绍了一种磁悬浮控制力矩陀螺(CMG)的结构,其中陀螺转子的额定角动量为200N·ms.利用多学科设计优化软件iSIGHT及有限元分析软件ANSYS,以质量为优化目标,以静力学、动力学和其他要求同时作为约束条件,对永磁偏置混合磁轴承支承的5自由度高速盘形转子(额定转速为20 000 rpm)进行了优化设计.通过优化设计,其静强度安全系数由原来的2.39提高到2.63,提高了10%;转子质量由15.032 kg减小为13.972 kg,减少了7.1%.为满足控制系统对共振频率的要求,转子的弹性一阶共振频率为1 313 Hz(动力学).     

主被动磁悬浮高速转子系统的自动平衡控制

针对主被动磁悬浮转子高速旋转时质量不平衡和被动磁轴承磁中心的偏移导致的同频振动力问题,提出了一种基于位移陷波加前馈补偿的自动平衡控制方法。首先,在转子为零位移控制状态下提取控制电流的同频成分,计算获得与被动磁轴承磁中心偏移相关的参变量;然后,在额定转速下设计通用陷波器以消除同频电流,前馈补偿主动磁轴承、被动磁轴承位移负刚度力和被动磁轴承磁中心偏移力,使主被动磁轴承的同频输出力为零,实现了转子绕惯性中心旋转。对提出的方法进行了仿真和实验验证并与仅补偿质量不平衡的算法进行了对比。仿真结果显示:提出的方法的同频磁轴承力减小到了只进行质量不平衡补偿算法的6%;实验结果显示:同频振动加速度减小到只进行质量不平衡补偿算法的23.3%。仿真和实验验证了该方法的有效性,表明该方法对同频振动抑制效果显著,实现了转子的自动平衡控制。     

基于神经网络模型的传感器非线性校正

讨论了BP神经网络模型在传感器非线性补偿中的应用.给出了相应的补偿方法,即采用两个相同的传感器对同一被测量进行不同的测量,其测量结果作为神经网络模型的输入,经过补偿后的传感器具有线性的输入输出关系.采用递推预报误差算法(PRE)训练神经网络,具有收敛速度快、收敛精度高的特点.以距离传感器为例,将基于BP神经网络的校正方法应用于减少距离传感器的非线性输出误差.实验结果表明,将训练后的神经网络接入距离传感器可以得到线性的输入-输出关系,增加神经网络隐层节点的数目可以提高校正精度.当隐层节点数取为40时,用于距离传感器非线性校正的神经网络模型在训练100步后的误差指数(EI)为9.6×10-6.结果表明:本文提出的基于神经网络模型的传感器非线性校正方法是行之有效的.     

红外菲涅尔透镜的注射超声辅助成型优化

为了提升聚合物红外菲涅尔透镜的光学性能,以其表面微沟槽的成型质量为目标,提出了一种高效的注射超声辅助成型方法,并对工艺参数进行了综合质量优化。首先分析了超声振动对聚合物的加热和加压效应,设计了一套一模两腔的对比试验模具;接着以红外菲涅尔透镜的调制传递函数MTF和齿形平均高度h为优化质量目标,设计了四步骤的多目标优化流程,通过试验设计、基于BP神经网络的质量目标与注射工艺参数关系建模、基于NSGA-Ⅱ的多目标优化和试验验证进行工艺参数的综合优化。实验结果表明:该多目标优化流程具有很高的精度,MTF和h的平均预测误差MPE分别为4.16%和3.32%;注射超声辅助成型的菲涅尔透镜微沟槽具有更高的复制质量,其齿沟槽平均高度h增加了15.6%,且h值的波动量随着h值的增大而增大,MTF值受齿高h均匀性的影响大于齿高h对其的影响。     

变压预紧电主轴热位移预测模型研究

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。分别以预紧力为1 450、1 550和1 700 N工况下,电主轴的轴承温度数据和时间作为输入,构建电主轴BP神经网络热位移预测模型。结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴的热位移,预测模型的残差在0.5μm以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。     

基于AMESim和Matlab_Simiulink联合仿真的液压马达转速控制系统设计

为设计有效的阀控液压马达转速控制系统,采用AMESim和Matlab Simiulink联合仿真技术来建立准确的模型,以更好地反应实际系统.将神经元控制应用于PID参数在线调整中,提高了系统的准确性、快速性和稳定性.仿真结果表明,所设计的系统偏差减小,准确性提高;对于阶跃信号、正弦信号的响应速度加快,快速性提高;在系统施加干扰的情况下,能够恢复到控制值,稳定性提高.     

基于神经网络的磁悬浮球自适应控制器

建立了磁悬浮球系统的数学模型,讨论了系统的刚度阻尼和控制系统之间的关系。利用神经网络的学习功能在传统比例积分微分（PID）控制器的基础上构建了一种自适应PID控制器。用于磁悬浮球控制系统。实验结果表明,控制器结构简单,易于工程实现,可以实现磁悬浮球的稳定悬浮,并且系统具有快速响应性和良好的抗干扰性。