磁悬浮高速转子基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法

磁悬浮转子高速旋转时产生与转速同频的不平衡振动,向外界传递振动力,干扰外部动力学环境。为消除同频不平衡振动力(即自动平衡),可采用消除同频电流与补偿位移刚度力相结合的轴承力消除方法,但磁轴承功放环节的低通特性使位移刚度力补偿存在误差,并降低系统稳定性,且上述影响随转速升高而显著增大。为增强自动平衡效果,提出一种基于位移刚度力超前前馈补偿的高精度自动平衡方法,在消除同频电流的同时,采用不平衡量—电流前馈以补偿同频位移刚度力,并引入功放的简化逆模型对前馈量进行超前校正,消除功放低通特性的影响。对该方法进行仿真和试验验证,仿真结果同频轴承力减小到无超前校正时的20%,试验结果同频振动加速度减小到无超前校正时的28%,验证了该方法的有效性。     

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。     

虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡研究

针对多盘柔性转子多转速多平面平衡需要多次启停机的问题,研究了一种基于动力学响应分析的虑及双转速双平面无试重虚拟动平衡方法。利用有限元软件Dyrobes建立了与多盘柔性转子实验台动力学相似的有限元模型,通过对平衡校正面施加虚拟不平衡激励,计算了不同转速下不同测点的振动响应,提取了双平衡转速下不平衡激励与振动响应之间的映射关系,得到了不同转速下不同校正平面的影响系数矩阵;对多盘柔性转子不平衡振动进行了测试,将影响系数矩阵代入振动矢量方程,采用最小二乘法计算得到了校正矢量,进行了动平衡前后振动对比。研究结果表明:该方法能在无试重条件下完成对多盘柔性转子的多转速平衡,能够实现一次加重即降低多转速下转子基频振动的目的,显著减少了启停机次数,提高了动平衡效率。     

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。     

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。     

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。     

基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法

针对现有转子动平衡方法处理非平稳数据的不足,提出了基于参数化时频分析的转子全工况动平衡方法。该方法根据转频信号频率变化函数构造匹配的旋转算子,将启车信号的时频特征进行旋转,准确提取出转频分量。通过添加试重,结合全息动平衡方法获得各个转速下的迁移矩阵,实现转子全工况的动平衡,避免了传统动平衡方法需要获取稳态数据的缺点。实验结果表明,该方法可以方便、快捷地确定出转子的失衡量和失衡方位,有效降低转子系统不平衡振动,同时减少平衡过程中的启车次数。     

非线性支承下磁悬浮转子系统μ综合控制的研究

针对磁悬浮转子系统支承力的非线性和不平衡扰动问题,采用μ综合控制方法对系统进行控制。根据磁悬浮转子系统模型推导出系统状态空间方程,并对其中的非线性支承力进行平衡点线性化,对状态空间方程进行模态分析,得到低阶控制模型,再通过D-K迭代法得到μ综合控制器,并将其应用于非线性支承下的磁悬浮转子系统。结果表明：μ综合控制下的闭环转子系统具有良好的起浮性能和抗干扰性能;与PID控制比较,μ综合控制下转子系统不平衡响应基频幅值和倍频幅值显著降低;系统不平衡扰动和非线性效应得到了抑制。     

主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统振动主动控制

针对主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统的不平衡振动控制,提出一种基于最小均方误差(LMS)的自适应变步长算法实现全工作转速范围内的振动控制方法.在标准LMS算法的基础上采用一种新的步长因子迭代公式,基于该步长因子下的LMS算法实时识别转子位移信号中与转速同频的振动分量,在位移信号进入控制器之前,通过反馈对这一分量进行不平...     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

挤压式磁流变液阻尼器--转子系统的动力学特性与控制

用磁流变液代替常规挤压油膜阻尼器的润滑油,可制成阻尼特性受磁场控制的挤压油膜阻尼器,用于转子系统的振动控制。依据Bingham模型推导了磁流变液挤压油膜的雷诺方程及其解的表达式,给出了油膜流速、压力分布、油膜反力和阻尼器内磁拉力等的计算公式;以磁流变液阻尼器—刚性转子系统为例,理论分析了挤压油膜的力学特性和转子系统的不平衡响应特性;设计和制造了一种用于转子振动控制的挤压式磁流变液阻尼器;试验研究了支承在该阻尼器上的单盘偏置柔性转子系统的不平衡响应特性和控制方法。研究表明,磁拉力可降低一阶临界转速和临界振幅;油膜反力可降低转子系统在无阻尼临界转速处的振幅,并使一阶有阻尼临界转速增大;通过开关控制能使阻尼器具有最佳的减振效果,使转子振幅在全转速区达到最小。     

某X波段机场场面监视雷达现场动平衡试验研究

文中对某X 波段机场场面监视雷达天线样机的动平衡性能进行了测试和分析。通过动平衡测试出不平衡的位置和大小,然后在对称方向加上相应的质量来配平衡,将不平衡引起的振动及振动力减少到允许范围内。试验表明,现场动平衡试验操作简便,降低了试验成本,并且可以避免二次装配带来的误差。现场动平衡试验及分析表明,该天线转子动平衡性能满足精度要求。这说明样机在设计、加工过程中对质量偏心问题处理得较好,并且在增加配重后能获得较好的动平衡性能。这种对大型转子的现场动平衡试验技术作为一种成熟和实用的技术为企业带来了可观的经济效益。     

适用于参数识别的一种非线性油膜力表达式

基于求解非线性方程的摄动法思想,将油膜力沿轴心轨迹展开成小参数的三阶多次项的形式,用最小二乘回归方法求得动态系数。通过仿真比较非线性非稳态油膜力、线性油膜力、三阶多项式油膜力三种模型下的不平衡响应,由计算结果知三阶多项式油膜力模型与非线性非稳态油膜力模型吻合较好。这种非线性油膜力的三次多项式模型可用于非线性转子轴承系统的参数识别和不平衡量识别。     

电磁轴承-刚性转子系统轴承传递力主动控制

针对电磁轴承支承的刚性转子系统轴承传递力的主动控制,分析了轴承传递力的组成,基于一种变步长三角形迭代搜寻算法辨识出转子位移中同频分量的方法构建了零电流控制及零传递力控制策略,分别在恒定转速和匀加速运动过程中对两种控制策略的有效性进行了仿真分析,最后在某磁悬浮高速飞轮储能系统上进行了试验验证。理论与试验结果表明,零电流控制策略能对绝大部分轴承传递力进行抑制,零传递力控制策略能对轴承传递力进行完全消除。     

磁悬浮控制力矩陀螺高速转子的高精度位置控制

在受到陀螺效应、动框架效应等影响后产生的磁力非线性问题是磁悬浮控制力矩陀螺(MSCMG)高速转子位置精度下降的主要因素。为解决以上问题,提高转子位置精度,本文分析了转子所受磁力的特性,建立了转子系统非线性动力学模型,提出了神经网络滑模控制方法。设计滑模控制律,采用径向基函数神经网络逼近控制律中的非线性模型,自适应算法根据误差在线调整神经网络的权值,同时可以保证整个系统的稳定性。仿真和实验结果表明,所提出方法的转子位置精度达到99%,稳态误差为0.000 2 mm。神经网络滑模控制可以实现MSCMG转子系统的高精度位置控制。     

适合变速转子的不平衡质径积搜索电磁轴承振动抑制

转子不可避免地存在质量不平衡是转子运行产生同步振动的主要原因。一种适合在变速条件的电磁轴承转子不平衡控制方法被提出。该方法能够自适应地搜索转子不平衡质径积的大小和方位,并以此为依据产生控制信号,抑制转子振动,强迫转子绕其几何中心旋转,提高转子的旋转精度。不平衡质径积是转子的固有特性,与转速无关。与基于不平衡力的控制方法相比较,在跟踪变速引起的不平衡力剧烈变化时,基于不平衡质径积的控制方法不需要频繁更新控制参数,只需要为克服系统非线性而调整控制参数。同时,该方法能根据振动抑制误差调节搜索步长,调和了搜索速度和控制精度的矛盾。试验表明,所述方法能够有效抑制转子的不平衡振动,并且在变转速条件下,大幅降低控制器的计算负荷,提高在快速变速、转子过临界等转子振动随转速变化较快应用场合的控制性能。     

Effects of unbalance location on dynamic characteristics of high-speed gasoline engine turbocharger with floating ring bearings

For the high-speed gasoline engine turbocharger rotor, due to the heterogeneity of multiple parts material, manufacturing and assembly errors, running wear in impeller and uneven carbon of turbine, the random unbalance usually can be developed which will induce excessive rotor vibration, and even lead to nonlinear vibration accidents. However, the investigation of unbalance location on the nonlinear high-speed turbocharger rotordynamic characteristics is less. In order to discuss the rotor unbalance location effects of turbocharger with nonlinear floating ring bearings(FRBs), the realistic turbocharger of gasoline engine is taken as a research object. The rotordynamic equations of motion under the condition of unbalance are derived by applied unbalance force and nonlinear oil film force of FRBs. The FE model of turbocharger rotor-bearing system is modeled which includes the unbalance excitation and nonlinear FRBs. Under the conditions of four different applied locations of unbalance, the nonlinear transient analyses are performed based on the rotor FEM. The differences of dynamic behavior are obvious to the turbocharger rotor systems for four conditions, and the bifurcation phenomena are different. From the results of waterfall and transient response analysis, the speed for the appearance of fractional frequency is not identical and the amplitude magnitude is different from the different unbalance locations, and the non-synchronous vibration does not occur in the turbocharger and the amplitude is relative stable and minimum under the condition 4. The turbocharger vibration and non-synchronous components could be reduced or suppressed by controlling the applied location of unbalance, which is helpful for the dynamic design, fault diagnosis and vibration control of the high-speed gasoline engine turbochargers.