基于复合前馈补偿的混合磁悬浮CMG转子主动振动控制

为实现混合磁悬浮控制力矩陀螺转子高速旋转时产生与转速同频振动的主动控制,分析被动磁轴承径向平动自由度耦合磁力随转子径向扭转角的变化规律,提出基于复合前馈补偿的混合磁悬浮转子主动振动控制方法;在同频位移刚度力超前前馈补偿中考虑被动磁轴承径向耦合磁力影响,并在两径向通道之间补偿同频耦合电流刚度力。仿真结果表明,该方法可使同频轴承力减小至未补偿前的9.3%,从而验证该方法的有效性。     

国内首台超高速磁悬浮永磁电机研制成功

<正>近日,依托于北京航空航天大学建设的"北京市高速磁悬浮电机技术及应用工程技术研究中心"在高速电机研制方面获得重要突破,成功研制出国内首台30kW超高速磁悬浮永磁电机。该工程中心攻克了磁悬浮高速电机总体结构设计、三自由度永磁偏置混合磁轴承设计、超高速磁轴承转子系统的稳定控制等多项关键工艺技     

径向磁轴承动态刚度系数及其耦合分析

为了研究径向磁轴承磁力、磁力矩刚度系数随转子位置、控制电流的变化规律及耦合关系,由磁力线与硅钢片垂直几何关系建立了12磁极径向磁轴承磁力、磁力矩模型,对转子位置变量、控制电流求导得到磁力、磁力矩动态刚度系数。计算结果表明:转子在一端磁轴承的位置移动后,会降低其在另一端磁轴承的稳定性。随转子位置变化,动态刚度系数变化较大,当转子径向位移较大时,单个磁轴承的x、y方向存在一定程度的耦合。两径向磁轴承之间的耦合及z方向磁力、磁力矩较弱,可予以忽略,刚度系数矩阵可从3×6简化为2×4。     

基于不平衡识别的主动电磁轴承转子系统自动平衡

转子不平衡引起的同步振动是主动电磁轴承转子系统高速运行面临的一个主要激振源.通过对转子系统不平衡特性的分析,提出了一种基于不平衡识别的主动电磁轴承转子系统自适应自动平衡控制方法.该方法无需控制对象的传递函数,亦不影响原控制系统稳定的频率边界,通过对主动电磁轴承在线施加试探性激振信号,同时检测控制电流响应中不平衡频率成分的幅值和相位变化,直接识别出不平衡干扰的Fourier系数,产生精确的补偿信号,从而使转子绕其质心轴旋转.实验测试结果表明提出的自适应自动平衡方法对不平衡干扰有显著的抑制作用.     

磁悬浮球形飞轮不平衡振动前馈抑制与实验

针对磁悬浮球形飞轮转子存在的不平衡振动,建立磁轴承-球形转子动力学模型,提出了一种不平衡振动前馈抑制方法。依据达朗伯原理,将转子不平衡质量矩等效至转子两端配重面,得到了转子两端的轴承动反力。为维持球面磁极气隙的球壳形状,消除磁拉偏负力矩,将高速转子球心与定子球心始终重合。分析了转子质心偏离旋转轴引起的离心力,计算了转子质心偏离球心后,因电磁悬浮力始终指向转子球心而引起的偏转负力矩。仿真结果表明:转速为8 000 r/min,转子两配重面内不平衡质量矩处于对角位置且大小相等时,对转子施加前馈抑制,转子径向振幅从13.8μm减少至3.3μm,减少约76.1%,轴向振幅从21.6μm减少至5.6μm,减少约74.1%。实验结果与仿真结果一致,验证了转子不平衡振动模型的正确性和前馈抑制方法的有效性。     

基于动力学响应分析的透平机械多转子轴系虚拟动平衡研究

为解决透平机械多转子轴系动平衡需频繁多次启停机的问题,提出一种基于动力学响应分析的多转子轴系无试重虚拟动平衡方法。通过仿真构建与轴系结构尺寸和运行参数相符的有限元模型,分别在各转子平衡配重位置处施加虚拟不平衡激励,进行动力学稳态不平衡响应分析,得到轴系平衡转速下各振动测点处的振动响应值,从而避免需多次启机试重来获取轴系转子配重位置处的加重影响系数,结合实测的轴系不平衡振动基频值,通过矢量计算获得轴系各转子所需的平衡配重。采用搭建的四跨五支承透平机械轴系转子模拟试验台,应用该方法开展1 200 r/min低平衡转速下无试重虚拟动平衡试验,结果表明一次配重平均降幅高达55%,不仅减少了启停机次数,而且可降低因试重不当、测试误差所导致平衡失败概率;该方法还可推广应用到柔性转子轴系的现场动平衡。     

基于通用选择性分数重复控制的磁悬浮转子谐波电流抑制

在磁悬浮转子系统中,转子的质量不平衡和传感器误差不可避免地会产生谐波电流,由此产生谐波振动。重复控制是一种消除控制系统周期性扰动的方法,传统的重复控制器等效地补偿所有谐波频率分量。然而,在磁悬浮转子系统中,谐波电流中低次谐波成分通常表现为主导谐波。针对这些问题,提出了一种基于通用的选择性分数阶重复控制的磁悬浮转子系统的谐波电流抑制方法,建立了kn+i阶离散周期序列的内模。通过引入具有独立控制增益的并联重复控制结构,并根据具体谐波幅值大小调整每个支路控制器增益,加快了系统的瞬态响应速度;采用分数延迟滤波器实现了抑制低次主导谐波时的频率的自适应,给出了系统稳定性判据。在磁悬浮转子系统中验证了该方法的有效性。     

Alford力和磁悬浮轴承对转子系统动力学特性的影响

以磁悬浮轴承支承的航空发动机高压模拟转子为对象,研究了在压气机叶尖气流激振力和磁悬浮轴承电磁力共同作用下的转子系统动力学特性。采用Timoshenko梁理论建立了模拟转子的有限元模型,在模型中引入由PID方法控制的差动磁悬浮轴承电磁力以及由Alford力表示的压气机叶尖气流激振力,利用Newmark-β法求解了转子系统的动力学响应。计算结果表明,在非线性Alford力和磁轴承电磁力共同作用下,转子系统表现出了较复杂的动力学特征;磁悬浮轴承的控制参数对转子系统特性有较大影响,不同取值可能导致转子出现单周期、多周期拟周期甚至失稳等不同动力学行为;因此,对由磁悬浮轴承支承并含轴流压气机的转子,需考虑叶尖气流激振力与电磁轴承力的相互影响进而确定轴承控制参数。     

高速转子分布式不平衡量无试重识别方法

为有效抑制分布式不平衡量所导致的转子故障振动,提出一种高速转子分布式不平衡量识别方法,该求解方法无需试重,且振动测试过程可在低于临界转速下进行。通过扩展影响系数动平衡方法与转子动力学模型的比较分析,得出了动力学传递函数与影响系数之间的关联关系。基于有限元动力学模型结点,实现了分布式不平衡具体描述,通过增加振动测试转速的方式,实现了动力学传递函数矩阵的满秩,进而给出了分布式不平衡量的求解公式,并在转子动平衡实验平台上进行了实例验证。结果表明,按该方法识别的不平衡量进行配重校正后,转子临界转速前后残余振动比动平衡前降幅非常明显,验证了该方法所识别不平衡量的准确性。     

薄壁机匣发动机轴承位置不平衡响应矢量逆推方法

整机动平衡相较传统工艺动平衡可大幅提高整机不平衡振动控制效率;由于发动机振动测点位于薄壁机匣支承结构表面,无法直接测得轴承位置的不平衡响应矢量,使整机动平衡难度增大。为此,提出一种基于机匣外部测振信号的轴承位置不平衡响应矢量逆推方法;虑及薄壁机匣支承结构动力特性的影响,通过仿真分析结合试验获得测点振动响应与轴承位置不平衡激励之间的影响函数矩阵;利用该函数矩阵及机匣外部振动测点实测响应逆推轴承位置不平衡响应矢量。通过对典型双转子发动机高保真机匣系统的数值仿真分析,验证了该方法的有效性;对于实现发动机转子不平衡矢量逆推以及整机振动控制具有工程应用价值。     

单面立式平衡机的不平衡叠加效应的实验研究

用单面立式动平衡机在对不同尺寸、不同质量工件进行动平衡测量时,会发现存在一个与理论值不匹配的额外不平衡量,传统方法难以给出合理的解释,分析表明是其忽略了摆架系统和转子合成质心的变化,即不平衡叠加效应会影响测量的准确性。研究了转子和摆架系统质量偏心引起的质心运动方程,并通过质心位置得到振动中心位置。提出了不平衡叠加效应与额外不平衡量的概念。推导了合成系统的叠加不平衡量公式,分析了转子质量和转子安装高度对此额外不平衡量的影响,根据实验数据进行了误差对比分析,验证了该额外不平衡量与转子质量和转子安装高度的关系,阐明了此额外不平衡量的来源。     

磁流变流体挤压油膜阻尼器柔性转子系统动力特性的试验研究

通过测量不同激励条件下磁流变流体挤压油膜阻尼器(magnetorheological fluid squeeze filmdamper,简写为MRFSFD)转子系统的运动轨迹和不平衡响应,研究了MRFSFD转子系统的动力特性以及MRFSFD对转子系统动力特性的可控性和对转子系统的振动进行控制的有效性.结果表明MRFSFD的动力特性是可控的,在合理选择激励磁场的条件下MRFSFD能够有效地抑制转子系统的振动.MRFSFD转子系统对激励的响应时间较长,这种阻尼器更适合对转子系统的振动进行半主动控制.利用MRFSFD对转子的振动进行分段控制可以使转子系统平稳地通过多阶临界转速.     

基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识方法研究

磁悬浮轴承的支承特性对转子轴承系统的临界转速、不平衡响应、稳定性有着非常重要的影响。研究一种基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度和阻尼的方法。首先使用MSC.Patran建立磁悬浮轴承转子有限元模型;使用Matlab软件实现基于不平衡响应辨识磁悬浮轴承刚度阻尼的基本原理;然后用有限元模型进行仿真辨识来验证该方法的可行性;并对一个五自由度的磁悬浮轴承试验台进行基于不平衡响应的磁悬浮轴承刚度阻尼的辨识试验研究。最后,为了检验辨识结果的正确性,赋予转子有限元模型试验辨识的磁悬浮轴承的刚度和阻尼,进行仿真与试验的系统不平衡响应对比,结果两者基本一致,表明该方法可以有效地辨识磁悬浮轴承的刚度和阻尼。     

一种动刚度的测试方法及其在动平衡中的应用

基于Jeffcott转子,利用转子不平衡激振力与转子不平衡响应的线性关系,提出了一种不受初始弯曲影响的动刚度测试方法。利用动刚度与影响系数之间的关系,提出了基于动刚度的无试重动平衡方法。通过建立双盘单转子实验器,测试盘的暂态不平衡响应曲线,计算出全转速下盘处的动刚度,对这种动平衡理论进行了验证,实验表明这种方法的平衡效果显著。     

剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统动力特性的理论和试验研究

首先给出了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统不平衡响应的试验结果,然后提出了磁流变流体阻尼器动力特性的一般模型,在基于Bingham流体模型的基础上从理论上研究了剪切型磁流变流体阻尼器--柔性转子系统的不平衡响应.理论结果虽与试验结果在定性上较为一致,但磁流变流体阻尼器的动力模型仍需改进.     

一种改进的卫星旋转载荷动平衡的振动结构

卫星旋转天线的动不平衡对卫星在轨姿态稳定性有重大影响,必须加以控制。由于其工作转速低、质偏和高度较大、离心力产生的平动量远小于倾覆力矩产生的摆动量,平衡机测量精度低。提出了一种振动结构,能够将弱的离心力信号从较强的力矩信号中分离开来,并且采用固定摆动中心的方式,确定了振动中心位置。理论和实验表明,平动振动与摆动振动有效实现了机械分离,避免了振动中心不稳定引起的误差等问题,为最终卫星旋转载荷动平衡机的研制提供了理论基础。     

基于改进粒子群算法的最小二乘影响系数法的理论及实验研究

针对最小二乘影响系数法平衡过程中出现的某些测点残余振动较大及平衡质量较大等问题,将一种基于遗传交叉因子改进的粒子群算法引入到转子动平衡最小二乘影响系数法中。实例计算说明改进后的算法具有很好收敛特性和全局搜索能力,与基本最小二乘影响系数法计算结果相比,有效降低最大配重质量和最大残余振动大小。通过实验验证了结果的正确性和方法的可行性。     

气压液体式磨床自动平衡装置控制策略与实验研究

砂轮在线动平衡装置是高速磨床上的重要组成部分。介绍了一种新型的气压液体式在线自动平衡系统,为该平衡系统提供了一种靶向控制策略。该控制策略在平衡装置执行操作前,已经准确定位不平衡量的大小和相位;平衡过程中,系统有确定目标的进行注气操作,系统振动幅值单调下降,平衡过程无错调现象。对注气操作的控制方案进行了定量分析,并选出了最优方案。实验结果表明,在多种转速下,该类平衡装置均可在15s内有效地降低系统的不平衡振动,且振幅下降比例均在90%以上。