磁悬浮旋转机械振动稳定性实例研究

为了准确评价磁悬浮旋转机械振动的稳定性,有效控制磁悬浮转子振动、提高系统稳定性,提出应用ISO14839标准对磁悬浮旋转机械的振动稳定性进行评价和分析.对ISO14839标准中的振动位移和稳定裕度内容进行介绍,以一磁悬浮轴承转子实验台为例,应用ISO14839标准评价实验台振动位移和稳定裕度等级,分析系统的振动问题和不稳定因素,提出相应的解决方案.实例结果分析得到,实验台振动位移水平为A等级,稳定裕度水平为B等级,验证了ISO14839标准的合理性.     

支承磁悬浮轴承的径向磁流变阻尼器设计

转子振动时其频响函数是其刚度和阻尼的函数,调节合适的刚度和阻尼,可以抑制转子振动.针对磁悬浮轴承对转子振动抑制能力差的缺点,设计了一种径向磁流变阻尼器.用这种阻尼器支承的磁悬浮轴承转子系统,通过控制磁流变阻尼器线圈中的电流来改变整个转子系统的支承刚度和阻尼,抑制转子高速时的振动.采用ANSYS对整个支承系统的电磁场进行仿真,验证及改进所设计的磁流变阻尼器.     

重载磁悬浮轴承-转子自适应控制性能

针对磁悬浮轴承-转子大型化、重载化为控制系统设计带来的控制对象数学模型不易精确建立、控制参数较难调节等问题,以磁悬浮卧螺离心机中重载转子为研究对象,采用自适应控制方法进行控制性能研究. 设计支撑卧螺离心机的磁悬浮轴承-转子系统,转子长度约为3.4 m,质量约为1 090 kg. 通过仿真和试验验证了自适应方法可实时调节的控制性能,使得磁悬浮轴承支撑的重载转子稳定旋转至约4 740 r/min,转速较传统滚动支撑提高了50%以上,可以有效提高离心机的分离效率,通过ISO14839验证了稳定裕度及振动水平位均在B级安全以内.     

利用压电陶瓷作动器对柔性悬臂梁正位反馈控制试验

目的 验证压电陶瓷智能传感器和驱动器以及正位反馈控制对柔性结构主动控制的有效性.方法 将压电陶瓷片分别作为传感器和作动器使用,并粘贴于铝制悬臂梁的表面,对其振动反应实施实时控制.试验过程分为2个阶段,第1阶段5 s为启振阶段,通过激励压电陶瓷作动器使结构产生振动;第2阶段为控制阶段.利用压电陶瓷传感器得到的反馈信号,通过正位反馈算法计算出控制信号.驱动压电陶瓷作动器对结构的振动响应进行实时控制.结果 试验得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结论 试验结果证明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动和瞬时脉冲扰动引起的结构振动.     

滑模变结构控制在磁悬浮转子系统中的应用

针对主动磁悬浮转子系统的本质不稳定性、非线性和参数不确定性,根据滑模到达条件,为磁悬浮转子系统设计了滑模变结构控制器.基于某磁悬浮转子系统,仿真分析了采用PID控制和滑模变结构控制下系统的阶跃激励信号响应,结果表明,采用滑模变结构控制时系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力.     

进给机构磁悬浮系统的解耦控制分析

进给机构的磁悬浮系统由于结构的特点在进给运动中存在着水平y方向及垂直z方向的磁力和位移耦合现象．为此,分析推导了该磁悬浮系统的动力学方程,建立了相应的磁悬浮控制系统的状态方程．理论分析计算及仿真结果表明：通过采用状态反馈结合输入变换,可以使原来包含着变量间耦合的复杂控制系统实现解耦控制,简化了磁悬浮系统的控制过程,有利于提高进给机构运动的平稳性和定位精度．     

基于单相坐标变换的磁悬浮转子不平衡补偿

针对磁悬浮转子系统的不平衡振动控制问题,提出基于二阶广义积分（SOGI）和同步旋转坐标系（SRF）变换的不平衡补偿算法. 利用SOGI实现单相位移误差的SRF变换,避免磁悬浮轴承两自由度位移幅值不均衡造成的干扰,对变换后的直流量进行比例积分（PI）控制,并将控制量逆SRF变换后叠加到原控制器的输出中,从而实现同频位移误差的无静差跟踪控制. 分析引入补偿算法后闭环系统的稳定性,通过调整逆SRF变换的相位补角可以保证系统的稳定. 仿真和实验表明,该算法能够在宽转速范围内有效抑制磁悬浮转子的同频振动,具有较好的收敛速度和补偿精度.     

汽车磁悬浮减振系统的结构分析与模型研究

提出了一种汽车减振的新方案,即采用磁悬浮技术实现汽车振动的主动控制.讨论了汽车磁悬浮减振系统的工作原理,对其结构进行了分析,并建立了数学模型.仿真结果表明,该系统具有很好的动态特性,能满足汽车平顺性与安全性要求.     

层叠绕组式磁悬浮永磁直流平面电机PID控制系统研究

提出了一种层叠绕组式五自由度磁悬浮永磁直流平面电机的构想,针对该磁悬浮平面电机中的磁悬浮系统进行了控制系统设计。在对悬浮系统三维有限元分析的基础上利用参数辨识法构建了磁悬浮系统非线性模型;并利用微分几何方法,对磁悬浮模型进行完全精确反馈线性化,设计了PID控制器,并进行了样机控制实验。磁悬浮永磁直流平面电机悬浮高度的控制仿真和实验结果吻合度良好,系统稳态误差在1μm以内并具有优良的跟踪性能。     

层叠绕组式磁悬浮永磁直流平面电机PID控制系统研究

提出了一种层叠绕组式五自由度磁悬浮永磁直流平面电机的构想,针对该磁悬浮平面电机中的磁悬浮系统进行了控制系统设计。在对悬浮系统三维有限元分析的基础上利用参数辨识法构建了磁悬浮系统非线性模型;并利用微分几何方法,对磁悬浮模型进行完全精确反馈线性化,设计了PID控制器,并进行了样机控制实验。磁悬浮永磁直流平面电机悬浮高度的控制仿真和实验结果吻合度良好,系统稳态误差在1μm以内并具有优良的跟踪性能。     

多磁悬浮系统支承特性研究

两个磁悬浮系统串联或并联在一起形成了多磁悬浮系统,可以利用PD控制使其保持稳定悬浮状态.其支承特性(主要是刚度和阻尼)与单磁悬浮系统的支承特性相比会发生变化.通过M atlab仿真证明,采用PD控制算法时,可以通过改变控制参数的方法使刚度特性发生变化;外部扰动施加位置不同时,对刚度也会产生影响.     

磁悬浮技术轨道机车振动在线监测

为实现轨道平整度测量,设计了轨道机车磁悬浮振动测试系统,计算了光电位移传感器的灵敏度,推导了振子动力学方程,等效方程为常系数线性微分方程。根据振动测试理论,设计的磁悬浮振动测试系统可实现绝对式振动测量。在轨道机车匀速运动时实测了有、无振动和减速运动情况下的波形以及机车进入站台时产生的振动,并且进行了功率谱和相轨迹分析。磁悬浮轨道振动测量是由振子处于悬浮状态进行的测量,因此具有测量灵敏度高、测试范围宽等优点。进一步研究还可对轨道机车运行中对周围环境的振动进行测量。     

基于算法的磁悬浮电机拖动系统多频率振动控制方法与实验研究

针对高速磁悬浮电机拖动系统中转子本身的不平衡振动和由于不对中导致旋转时产生二倍转频振动,提出一种基于FIR滤波器的自适应前馈控制方法,把转子之间的扰动看成是不同频率的扰动,对两轴建立数学模型,将自适应滤波器的输出作为补偿信号与扰动相抵消.通过广义根轨迹分析了加入了前馈控制后对磁轴承控制系统稳定性的影响,并分析了在不同步长不同阶数下自适应前馈控制器的性能.仿真结果表明,该方法能有效地抑电动机转子轴的基频和二倍频振动,在电机对拖实验中,当转速为10 000 r/min时,转子基频和二倍频振动增益分别减小12.1d B和19d B,位移跳动量降低了67.56%.     

直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制

介绍一种应用于半导体光刻、微型机械、精密测量、超精密加工、微型装配、纳米技术等领域的新型磁悬浮平台，通过分析其数学模型的特点，采用多变量非线性的逆系统理论，对直线电动机驱动的磁悬浮平台这一多变量、非线性、强耦合的对象通过状态反馈进行推力动态解耦控制，使其成为三个独立的子系统，并用线性理论进行分析和设计.为了改善系统响应的快速性，采用复合控制方案.仿真实验结果表明，这种控制方案有较好的动态和静态特性.     

直线电机驱动的磁悬浮平台推力动态解耦控制

介绍一种新型的磁悬浮平台，应用多变量非线性的逆系统理论。对直线电机驱动的磁悬浮平台这一多变量、非线性、强耦合的对象通过状态反馈进行动态解耦控制，使其成为三个子系统，并用线性理论进行分析，采用复合控制．仿真结果表明，这种控制方案有较好的动态和静态特性．     

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析

通过对磁悬浮轴承一转子系统的模态分析,可为系统的振动特性分析以及结构动力特性的优化设计提供依据.在NASTRAN中建立了相应的磁悬浮轴承-转子系统三维有限元模型,计算前4阶固有频率、振型和临界转速,用锤击法对磁悬浮轴承-转子系统进行试验模态分析.结果表明,其分析结果与试验模态分析结果基本一致,NASTRAN对磁悬浮轴承一转子系统的动态仿真对系统设计有一定的指导意义.     

磁流变阻尼器与磁悬浮系统并联隔振研究

针对磁悬浮隔振装置参振质量大,系统的等效刚度、等效阻尼受控制参数稳定区域的限制,在振动幅值较大时的抑振效果不理想的问题,设计了一种小位移大阻尼力的挤压式磁流变阻尼器,为磁悬浮隔振系统附加阻尼,可以显著减小系统振动.介绍了该磁流变阻尼器的设计方法,实验特性,并将该磁流变阻尼器与磁悬浮装置并联起来,实验证明,这种方法可以显著减小振动,提高系统隔振性能.     

磁悬浮系统的模糊控制研究

磁悬浮系统是典型的非线性迟滞系统,应用常规PID控制难以实现有效控制.根据模糊控制技术,设计一个二维模糊控制器,并加入一个积分环节以消除稳态误差.通过Matlab软件下的Simulink工具箱和Fuzzy工具箱进行了磁悬浮实验台仿真,并进行了实际控制实验.仿真和实验结果表明,模糊控制增强了系统的抗干扰能力和磁悬浮刚度,具有很强的鲁棒性.     

基于磁悬浮结构的人体动能采集技术

设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围. 当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW. 实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.     

磁悬浮轴承磨床电主轴中拍振现象的分析

为减小拍振现象对高速精密磨床电主轴加工精度的影响,利用磁悬浮轴承自身的传感器及数字信号处理部件,在不外加其他设备的情况下对电主轴中的拍振进行了观察实测。通过时域、频域分析以及小波变换,提取振动信号的特征,经分析发现拍振现象是由转子机械不平衡以及转子动态偏心共同引起的。在磁悬浮轴承电主轴拍振机理的分析基础上,通过磁悬浮轴承系统的主动控制调节主轴动态特性,有针对性地对拍振现象进行抑制,可以有效改善高速精密磨床磁悬浮电主轴系统的稳定性和精密度。