电磁轴承支承下轴系转子模态及振动响应分析

为得到电磁轴承支撑下轴系转子的模态频率分布位置及不平衡振动响应规律,以600 Wh飞轮储能系统为研究对象,采用控制变量法分析磁轴承刚度与阻尼随控制参数的变化规律,进而确定电磁轴承支承的边界条件。以此建立轴系转子的有限元模型,利用ANSYS软件缩减阻尼法求取轴系固有频率点及振型;而后以转子不平衡量为体载荷,通过谐响应分析方法得到轴系的稳态不平衡响应曲线,分析其规律。最后进行系统充电实验。研究表明:轴系的固有频率分布在工作转速区域之外;在质量不平衡作用下轴系的位移响应随激振频了升高而降低;实验结果与前述分析基本一致,说明研究方法有效可行。     

三支承磁悬浮轴承的不对中特性

应用多个磁悬浮轴承支承的转子系统,由于机械加工以及安装等方面的误差会导致各个磁悬浮轴承之间有一定的不对中量。提出了将转子偏离磁轴承中心悬浮,以减小各个支承悬浮位置的不对中量;结合单自由度磁轴承控制原理,分析了转子悬浮位置偏离中心对磁轴承悬浮性能的影响;从理论和试验两个方面对比研究了3个不对中磁悬浮轴承支承的转子悬浮在磁轴承中心和偏离中心后磁轴承的控制电流和抗扰动性能。研究结果表明一定程度的偏离磁轴承中心悬浮能够提高磁悬浮轴承系统的稳定性。     

缝纫机旋梭轴转子动力学特性研究

针对缝纫机旋梭轴系高速运行不稳定的问题,计算了旋梭轴系的转子动力学,分析了失稳的原因,对旋梭轴系稳定性进行了理论分析,对旋梭轴转子动力学特性进行了仿真研究。首先,根据缝纫机转子瞬时位置及其受力情况,推导出了转子动力学方程,建立了旋梭轴系动力学分析模型;然后,在ANSYS Workbench软件中对刚性支承下旋梭轴系进行了转子动力学仿真分析,通过模态分析和不平衡响应分析,找到了旋梭轴系在工作转速内失稳的原因;最后,研究了旋梭轴径、支承位置、支承刚度、阻尼系数、轴向预紧力对旋梭轴系稳定性的影响,确定了满足使用工况的旋梭轴系结构和支承刚度范围。研究结果表明：缝纫机工作转速内有1个临界转速,影响了旋梭轴系的稳定性;增大轴径对提升临界转速的效果不明显;增加一个支承点,轴承刚度高于1 000 N/mm,轴套支承刚度高于100 N/mm,阻尼系数小于0.1,轴向预紧力小于100 N;旋梭轴系在工作转速内可以稳定运行。     

一种转子动态不对中量计算方法

从运动学角度出发,分析了双跨转子系统的运动特性和运动形态,提出了一种转子动态不对中量的定量计算方法。该方法通过安装在转子系统上的电涡流传感器获得转子运动的轴心位置信息,根据相似三角形定理,计算获得两根转子在联轴器处的轴心平动位移和角位移,再根据矢量合成法则,即可获得两根转子在联轴器处的平行不对中量以及角度不对中量。工程实践表明,该方法确定的不对中故障类型与特征典型的不对中故障类型表现出的时域波形特征、频谱特征以及轴心轨迹特征一致。该方法不但能够准确地诊断不对中的种类,而且能够得到不对中的定量结果,为工程实际中不对中故障的处理及轴系对中提供了量化参考。     

多个磁悬浮轴承转子系统动力学特性研究

多个磁悬浮轴承支承的转子系统,由于支承位置的不对中会造成各个轴承的支承载荷变化。针对某一转子模型,分析采用不同个数的磁悬浮轴承支承时,各个支承载荷随着支承位置不对中的变化情况,并在三个磁悬浮轴承转子系统中得到验证。针对转子动力学特性,分析了支承高度不同时,转子固有频率的变化。此外,采用传递矩阵法,分析转子随着支承个数的增加,其不平衡响应变化情况,并实验对比了采用三支承和两支承时,转子的振幅。三支承较两支承,转子振幅有所减小。     

转子不对中定量研究

采用基于同源信息融合技术的全矢谱技术对转子系统的不对中进行定量描述,以及提出工程实际中一种不对中定量分析方法。首先合理布局各传感器测点的位置,测得各传感器的稳态电压以及振动信号,利用全矢谱同源信息融合技术获得各测点振动信号的主振矢和相位,对不对中故障进行定性,然后通过电涡流位移传感器稳态电压的计算获得各测点轴心线的空间相对偏移量,利用线性原理拟合各个测点偏移量,得到整个转子轴系的不对中量,从而对转子轴系不对中现场故障诊断起到指导作用。     

考虑常见故障的船舶输出轴系的刚柔耦合动力学模型

针对船舶输出轴系的不对中和不平衡故障进行动力学仿真，基于刚柔耦合方法建立船舶输出轴系的动力学模型。首先，将刚柔耦合模型与多刚体模型进行对比分析可知，基于刚柔耦合模型的船舶轴系的转速会出现速度波动且横向振动会出现多倍频现象；其次，研究转子不平衡和不对中故障对轴系振动特性的影响及振动对故障因素的敏感程度可知，船舶输出轴系只存在不平衡故障时，其弹性支撑的横向和垂向振动频谱只呈现单一的倍频，且幅值随着不平衡量的增加而呈增大趋势。当轴系存在不对中时，其轴向和垂向振动对转子不对中的敏感度较低，其弹性支撑的振动除了1倍频外还出现多倍频成分。随着平行不对中量的增大，转子系统1倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势，随着角度不对中量的增加，转子系统的2倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势。不对中量对转子系统2倍频及多倍频幅值贡献较大，当不对中严重时，其2倍频特征幅值明显超过1倍频幅值。此研究可为船舶推进轴系的设计和故障诊断提供理论依据和参考。     

双转子系统联轴器不对中振动响应分析

针对双转子系统不对中普遍存在,影响系统振动特性的问题,对内转子含有联轴器不对中的双转子系统进行了动力学仿真及振动分析。以某型航空发动机双转子系统为对象,通过施加不对中引发的附加载荷,建立双转子系统联轴器不对中动力学有限元模型。对比分析了特定工况下转子系统随不对中量增加,内外转子振动的频谱特征及轴心轨迹的变化规律。结果表明:内转子联轴器不对中振动特性可通过中介轴承传递到外转子,外转子支撑位置及中介轴承对应位置均可监测到内转子联轴器不对中振动响应;一倍频对联轴器不对中故障不敏感,二倍频幅值随联轴器不对中量的增加而增加,且距离联轴器越近的支撑位置的不对中响应越敏感;轴心轨迹随联轴器不对中量的增加由"椭圆"形变为"内八字"形。     

电磁辅助支承的变刚度减振研究

对一种新型支承结构——电磁辅助支承的变刚度减振进行研究。电磁辅助支承的结构类似挤压油膜阻尼器,它直接将电磁执行器安装在主支承上,通过控制电磁执行器的电流可以改变整个支承的刚度和阻尼。该支承被应用于一单圆盘对称转子实验系统。通过对转子系统建模,仿真不同支承刚度下转子的振动响应,从而可采用变刚度来保证高速转子以较低的振幅平稳度过临界转速。实验结果证明在一阶临界转速附近,可取得70％的较好减振效果。     

航天伺服超高速涡轮泵转子动力学特性研究

为研究航天伺服系统用小型超高速涡轮泵工作过程中的振动特性,针对涡轮泵的轴系进行转子动力学分析.使用有限元软件ANSYS进行APDL参数化建模仿真的方法,计算了转子的临界转速、模态振型.对转子不平衡质量力在多种分布条件下的动力学响应进行研究,得出轴系最佳响应对应的不平衡质量力分布方式,以及在二阶临界转速下涡轮泵轴系的振动及支承反力控制方法,具有工程应用价值.     

电磁轴承支承的刚性转子不平衡力的周期性迭代补偿

给出一种电磁轴承支承的刚性转子不平衡力的周期性迭代前馈补偿方法.该方法在系统的主控回路中引入前馈补偿信号,通过采样转子振动,对前馈补偿量进行周期性迭代修正,最终实现不平衡力补偿.该方法的优点在于不需要建立系统精确的数学模型,具有一定的自适应能力,同时也不会影响系统的稳定性.在论证该迭代补偿收敛性的基础上,分别通过仿真和实验验证该方法对不平衡力补偿的有效性.     

An on-line modified least-mean-square algorithm for training neurofuzzy controllers

The problem hindering the use of data-driven modelling methods for training controllers on-line is the lack of control over the amount by which the plant is excited. As the operating schedule determines the information available on-line, the knowledge of the process may degrade if the setpoint remains constant for an extended period. This paper proposes an identification algorithm that alleviates "learning interference" by incorporating fuzzy theory into the normalized least-mean-square update rule. The ability of the proposed methodology to achieve faster learning is examined by employing the algorithm to train a neurofuzzy feedforward controller for controlling a liquid level process. Since the proposed identification strategy has similarities with the normalized least-mean-square update rule and the recursive least-square estimator, the on-line learning rates of these algorithms are also compared.     

双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承负载力矩复合补偿的控制

提出一种基于角速率前馈与力矩观测相结合的磁轴承负载力矩复合补偿控制方法来提高双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子的悬浮精度。建立了双框架磁悬浮控制力矩陀螺磁悬浮转子动力学模型,分析了内外框架转动情况下的磁轴承负载力矩。分别基于框架角速率前馈和力矩观测设计了磁轴承负载力矩复合补偿控制方法,分析了补偿后系统的稳定性。最后,利用实验室研制的样机搭建试验平台对本文所提出的方法进行了实验验证。结果表明:在框架以角加速度120(°)/s2启动至10(°)/s时,该方法使转子Ax端位移跳动量减小为未补偿前的44.8%;内外框架以幅值频率10Hz正弦激励时,转子Ax、By端的位移跳动量分别减小为未补偿前的23.4%和35.5%。结果显示提出的方法有效地提高了磁悬浮转子在负载力矩扰动下的悬浮精度。     

Novel adaptive repetitive algorithm for active vibration control of a variable-speed rotor

The paper describes experimental work that demonstrates the use of repetitive control to attenuate radial vibrations of a variable speed-rotor. The experiments were performed on a rotor test rig having a 3-kg rotor supported by journal bearings. The first bending resonance of the rotor shaft (i.e. the critical speed) was approximately 50 Hz. The objective was to control the radial response at the rotor midpoint by using an actuator located outside the bearing span. A novel aspect of the controller design is that the length of the control output vector of the repetitive controller was updated as a function of the speed of rotation. The speed of rotation determined the required delay time and the repetitive filter length that approximately matches with the delay time. The results obtained were comparable to those achieved in earlier studies with feedforward compensation methods. The best results were achieved when the frequency of rotation enables an integer ratio between disturbance period and sample rate.     

汽轮机安全监视系统信号突变故障分析及处理

针对某石化公司GB201压缩机组中汽轮机端轴位移和轴振动信号出现的突变现象,对汽轮机接地电刷、BENTLY3500接地系统及静电产生原因进行了研究。由于机组不能停机,先对可能导致故障的各相关因素进行了分析。排除可以排除的因素,在线检测及更换了汽轮机接地电刷、在线检测了BENTLY 3500接地系统及分析了转子带电或带磁的影响。最后判定润滑油受高速运转的转子与轴承挤压摩擦产生了静电,并且因轴承座较大而导致TSI探头的同轴接头在轴承座内,接头长期浸泡在50℃左右的润滑油里中,绝缘效果或变差,静电累积到同轴接头上,从而导致静电荷积聚及突变现象的产生。后在机组停机检修时,打开轴承座检查,对同轴接头重新做了绝缘处理,再次开机后恢复正常。研究结果表明,信号突变是由于润滑油高速运转的转子与轴承挤压摩擦产生静电及轴承箱内的TSI探头同轴接头绝缘失效。     

Control of a rubbing rotor using an active auxiliary bearing

A new approach to control a rubbing rotor applying an active auxiliary bearing is presented. A two-phase control strategy has been developed, which guarantees a smooth transition from free rotor motion to the state of full annular rub, in case of an operation state which causes rotor rubbing. The designed control system is able of both, avoiding high impact forces and stabilizing the rotor during rubbing. For the experimental verification of the designed control system a test rig has been realized. The experimental results show a drastic reduction of the contact forces, as well as a reduction of the rotor deflection.     

内模PID控制在磁悬浮轴承中的应用

在分析磁悬浮轴承（ AMB）数学模型的基础上,针对磁悬浮轴承非线性、不稳定、易于振荡等问题,提出了基于内模控制的研究策略。对于实时在线控制系统,内模控制不依赖被控对象的准确模型,具有操作简便、易于控制等优点。 Matlab仿真结果表明,该控制策略具有快速反应速度,对于转子运动的稳定性要求显示了良好性能。     

GMA油膜轴承动态控制轴心轨迹的试验研究

介绍了一种基于超磁致伸缩驱动器(GMA)的油膜轴承试验台的工作原理,完成了GMA油膜轴承所支撑转子的轴心轨迹动态控制试验。试验结果表明,选择合适的控制电流和相位差后,该油膜轴承能够动态抑制所支撑转子的工频振动,明显缩小所支撑转子的轴心运动轨迹;对于某控制电流,存在一个能使系统的工频振动幅值最小的最佳相位差;随着控制电流的增大,最佳相位差有增加的趋势。试验结果证实了GMA油膜轴承具有强的轴心轨迹控制功能,能够抑制所支撑转子的振动,具有高的位置精度和旋转精度。     

参数在线辨识的交流位置伺服系统前馈控制

研究了基于前馈控制的交流位置伺服系统的轨迹跟踪控制问题。提出一种自适应模型参数在线辨识的改进方法,用以快速、有效地辨识出模型参数的变化,并应用到前馈控制器中。研究结果表明,基于模型参数在线辨识的前馈控制可以实现位置伺服系统的高速、高精度跟踪控制。