基于自适应陷波与重复控制的主动磁悬浮轴承系统谐波振动抑制

由转子质量不平衡和传感器跳动引起的谐波振动是磁悬浮转子系统中的主要扰动。为了抑制这些干扰,提出了一种基于重复控制和可变相位自适应陷波反馈的谐波振动抑制的复合控制方法。首先通过建立磁悬浮转子系统模型,分析了不同干扰振动力的产生机理。然后,设计了插入式重复控制器,抑制传感器跳动引起的谐波振动,利用自适应陷波滤波器在线提取同频信号自适应补偿不平衡,通过改变不同频率下的相位角来保持系统的稳定性,并对同频位移刚度进行补偿,使系统在较宽的速度范围内自抑制谐波振动。最后,通过仿真和实验对提出的控制方法进行了验证。实验结果表明,一次、三次和五次谐波振动分别减少94.4%,90.4%和85.9%,采用所提出的复合控制方法可以有效抑制谐波振动。验证了所提控制方法的有效性。     

数字双频陷波滤波器的优化级联设计方法

数字双频陷波滤波器主要用于消除或抑制数字信号中的2个频率分量。首先推导出增益可控单频陷波滤波器的设计公式;然后采用特定的幅度响应控制策略,通过级联2个单频陷波滤波器,实现了数字双频陷波滤波器的优化设计;最后对所提设计方法的有效性和实用性进行了一系列的仿真实验验证。     

基于复数相移陷波的磁悬浮转子系统自平衡控制

为抑制磁悬浮转子系统的不平衡振动力,提出了一种基于复数相移陷波器和前馈控制的自平衡控制算法。介绍了磁悬浮转子系统的结构和工作原理,给出了含转子不平衡的磁悬浮转子系统动力学模型,分析了不平衡振动力的电气特性。推导了不平衡振动力的抑制条件,指出功率放大器引起的幅值和相位误差是影响不平衡振动抑制效果的主要因素。将磁悬浮转子两自由度平动方程转换为单自由度复数方程,设计了复数相移陷波器,建立数学方程并讨论了中心频率的幅值和相位特性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台,对提出的控制算法进行了实验验证。结果表明:采用该算法后不平衡振动力减小了94.1%,验证了该算法的有效性。此外本算法还具有动态过程平滑、计算量少等优点。     

主被动磁悬浮转子的不平衡振动自适应控制

针对主被动磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生的不平衡振动,提出了基于滑模观测器和陷波器的主被动磁悬浮转子不平衡振动自适应控制方法。该方法采用滑模观测器使同频振动的控制不受磁轴承的刚度参数摄动和磁力耦合的影响,将滑模观测器与陷波器结合,无需区分电流刚度力和位移刚度力,无需设计算法补偿功率放大器的影响,可自适应消除不平衡振动。对该方法进行了仿真和实验验证。仿真结果显示该方法可使同频轴承力大幅减小;实验结果显示,虽然主被动磁悬浮转子的被动轴承不可控,同频振动仍由0.053g减小为0.012g,减小了77%。得到的结果表明,该方法不仅适用于主被动磁悬浮转子,也适用于全主动磁悬浮转子。     

基于粒子群优化的数字多频陷波滤波器设计

数字多频陷波滤波器用于同时滤除或抑制数字信号中的多个频率分量,粒子群优化是模拟鸟群迁徙行为的元启发式搜索方法.以改进的粒子群优化算法为基础,提出了数字多频陷波滤波器的设计方法,它通过优化配置陷波系统的极点位置,实现了具有稳定特性的陷波系统的优化设计.所提设计方法的有效性和实用性,得到了一系列仿真实验的具体验证.     

高速磁悬浮电动机对拖试验中转子不平衡量在线辨识与振动控制

针对高速磁悬浮电动机对拖试验中两台电动机转子轴不对中导致的转子不平衡振动加剧问题,提出一种基于简化广义陷波器的转子不平衡量在线辨识与振动控制方法,通过把联轴器之间的扰动力看作同频扰动,对电动机转子轴建立数学模型,采用简化广义陷波器对转子不平衡同频分量进行辨识作为位移补偿信号,使转子轴绕其惯性轴旋转,并使用广义根轨迹分析加入陷波补偿后磁轴承控制系统的稳定性和算法收敛性。电动机对拖试验结果表明:该方法有效地抑制了电动机转子轴的不平衡振动,保证了磁悬浮转子在对拖试验中高速稳定运行,在转子额定转速36 000 r/min时,转子位移跳动降低80%,控制电流峰峰值降低65%,同频振动减小为原来的28.7%,磁轴承系统的功耗也略有降低。     

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。     

含转子不平衡的磁轴承建模与同频电流抑制

为实现含转子不平衡的磁轴承系统动力学建模与同频电流抑制,分析了同频电流、力和力矩的产生机理,即转子不平衡（含静不平衡和动不平衡）经控制器、功放系统、感应电动势在磁轴承线圈中引起同频电流,进而与电流刚度和位移刚度相互作用产生力和力矩,完成了径向4自由度全主动磁轴承系统的建模。对该模型进行了数学求解和验证,提出了一种基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法,可有效抑制控制器、功放系统和感应电动势产生的同频电流。仿真和实验验证了该方法的有效性,与传统的控制器串联陷波器方法相比,基于相移通用陷波反馈控制的同频电流抑制方法还可减少感应电动势引起的同频电流,同频电流进一步衰减了8.8dB。     

主动电磁轴承不平衡补偿的研究

文中介绍主动电磁轴承的工作原理，推导了主动电磁轴承的数学模型，给出了两种不平衡补偿方案，通过仿真，两种方案均能减小或消除振动力，实现转子系统的动平衡。     

数控有源磁力轴承对转子不平衡振动抑制的一种新方法

有源磁力轴承在高转速场合应用时,由于转子的不平衡响应,降低了转子的旋转精度。我们借鉴转子现场平衡的两平面影响系数法,设计了一种利用数字控制的有源磁力轴承对不平衡补偿的方法,实验表明,这种方法使转子绕几何中心平稳旋转,能极大地提高转子的旋转精度     

不确定柔性系统消除残留振荡的时滞滤波器设计

采用了零点配置方法来设计具有强鲁棒性的时滞滤波器,消除小阻尼不确定性系统的残留振荡。在系统极点附近配置多个滤波器零点,通过建立离散传递函数来得到时滞滤波器方程,设计简单,减少了计算量。该方法在起重机载荷防摆控制中得到了很好的应用,能够有效地消除载荷的摆动,对缆绳长度的变化具有很好的鲁棒性。     

支承电压与电压变化速率对静电轴承性能影响的研究

从机电耦合的角度研究了静电轴承中高压放大器的输出电压和电压变化速率对系统性能的影响。分析表明,支承电压的选择应结合承载能力、转子不平衡力抑制和对输出电压惰性失真的要求确定,支承电压变化速率与高压放大器的动态功耗相互制约。导出了确定支承电压及其变化速率的关系式,为系统设计提供了理论依据。理论分析结果与实例的试验结果取得了较好的一致性。     

磁悬浮轴承研究综述

旋转机械正在朝高转速、高精度和高柔性等多方向发展,这在很大程度上得益于轴承技术的不断改进。磁悬浮轴承由于具有转速高、无磨损、无需润滑、可靠性好和动态特性可调等突出优点,近20年来已在许多工业部门得到广泛应用。针对该领域近年来的研究成果及发展动向进行了全面的综述。     

推力磁轴承的力学特性及其对径向磁轴承的影响

讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的推力磁轴承的力学特性,导出了其静、动特性的系数公式,并结合某涡轮膨胀机的推力磁轴承进行了实例计算。结果表明,推力盘的静态倾斜对推力磁轴承的力学特性产生显著影响,并改变径向磁轴承的静负荷分配,使得推力磁轴承与径向磁轴承之间产生强烈的耦合作用。该结果可用于5自由度磁悬浮轴承－转子系统的机电耦合动力学研究。     

磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承的变工作点线性化自适应控制方法

为提高磁悬浮控制力矩陀螺框架高速时的磁悬浮转子系统稳定性,研究磁轴承的电磁力-线圈电流/转子位移非线性的线性化及其控制方法.分析框架转动时的磁轴承工作点变化规律,提出磁轴承力-电流/位移特性基于框架转速的变工作点大范围线性化方法,根据线性化得到的线性变参数模型设计增益调节与前馈控制相结合的控制律,按照框架转速的大小对磁轴承位移刚度的变化进行自适应补偿,在磁悬浮转子稳定前提下使框架转速由6.25(°)/S提高到9.5(°)/S.该方法能有效补偿框架运动时的磁轴承力非线性,大幅提高框架转速较高时的磁悬浮转子系统稳定性.     

MATLAB WEB SERVER AND ITS APPLICATION IN REMOTE COLLABORATIVE DESIGN OF MAGNETIC BEARING SYSTEMS

［1］谢友柏.制造业产品的“创新”与我国现代设计网络.中国机械工程,1998,9(11)∶51～55 ［2］周受钦,谢友柏.CMDNET中知识资源异地调用原理与实现.工程设计,1999(3)∶6～11 ［3］倪远平,陈艾,邹金慧.风靡全球的交互式MATLAB语言及其应用.云南电力技术,1998,39(2)∶41～42 ［4］薛定宇.控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言及应用.北京∶清华大学出版社,1996 ［5］MathWorks,Inc.MATLAB Web server,The Language of Technical Computing,1999 ［6］施韦策G,布鲁勒H,特拉克斯勒A.主动磁轴承基础、性能及应用.虞烈,袁崇军译,谢友柏校.北京∶新时代出版社,1997 ［7］张钢.磁悬浮轴承——转子系统的机电耦合动力学研究∶[博士学位论文].西安∶西安交通大学,1999     

航空有机玻璃切口强度及切口敏感性估算

由有机玻璃切口根部及钝化裂尖的应力应变特性,给出了得到实验结果验证的切口强度完整表达式,表明有机玻璃σN-Kt曲线由三段组成,上,下水平段分别由材料强度和断裂韧度控制,中部曲线段可由切口强度表达式利用光滑试样拉伸性能进行估算。引入切口敏感度因子KN对定向与非定向有机玻璃的切口敏感性进行了定量评定,并通过引入尖切口不敏感因子Kρ,给出断裂韧度与切口强度的定量关系。     

PRINCIPLES AND PARAMETER DESIGN FOR AC-DC THREE-DEGREE FREEDOM HYBRID MAGNETIC BEARINGS

To simplify the mechanical structure, decrease the overall system size of the 3-degree freedom axial-radial magnetic bearings and reduce the manufacturing costs as well as operating costs, an innovated AC-DC 3-degree freedom hybrid magnetic bearing is proposed, which is driven by a DC amplifier in axial direction and a 3-phase power converter in radial directions respectively, and the axial and radial bias magnetic fluxes are provided with a common radial polarized permanent magnet ring. The principle producing magnetic suspension forces is introduced. By using equivalent magnetic circuit method, the calculation formulas of magnetic suspension forces and the mathematics models of the system are deduced. Nonlinearities of suspension forces and cross coupling between different degree freedoms are studied further by calculating the suspension forces at different displacements and control currents to validate the feasibility of the mathematics model. Then based on the mathematics models of the bearing, a control method of this novel bearing is designed. Lastly, the methods on parameter design and calculations of the bearing are presented, and an applicable prototype is simulated to analyze the magnetic path by using finite element analysis. The theory analysis and simulation results have shown that this magnetic bearing incorporates the merits of 3-phase AC drive, permanent magnet flux biased and axial-radial combined control, and reduces overall system size and has higher efficiency and lower cost. This innovated magnetic bearing has a wide application in super-speed and super-precision numerical control machine tools, bearingless motors, high-speed flywheels, satellites, etc.     

磁悬浮飞轮陀螺力学与控制原理

通过对磁悬浮飞轮陀螺力学进行研究,并分析电磁力对转子章动、进动特性的影响,将磁轴承电磁力对飞轮转子的作用分成四种基本支承成分,分别讨论它们对转子章动与进动稳定性的不同影响.控制器可通过调整四种基本成分在总的电磁力中的比重,改变转子章动、进动的阻尼特性,实现转子的高速稳定运行.基于这些分析,总结出磁悬浮飞轮控制器设计的基本原则.该原则为高速下磁悬浮飞轮转子系统控制器的设计指明方向.     

径向电磁轴承气隙磁阻近似计算方法分析宰

利用同一个径向电磁轴承模型,将线性近似计算、积分型计算与有限元计算三种方法进行比较,结果表明积分型计算方法是有效的,尤其在工作间隙相对比较小时,积分型方法计算磁阻所产生的相对误差明显小于近似计算所产生的相对误差.此外,从绝对误差和相对误差两个方面分析线性近似计算气隙磁阻的精度,并给出具有三阶代数精度的磁阻计算公式.积分型计算磁阻的方法不但提高等效磁路分析精度,同时还为磁浮系统的分析提供一种微元化方法.