非线性强陀螺效应磁悬浮转子的解耦控制

针对磁悬浮控制力矩陀螺径向磁悬浮转子强非线性、强陀螺效应耦合对系统稳定性的影响,建立了磁悬浮转子多通道非线性动力学模型与功放模型,分析了磁悬浮转子系统的强陀螺效应耦合性,提出了一种考虑功放环节的α逆系统结合滑模控制器的解耦控制方法,并对其进行了仿真试验。结果表明,该方法对磁悬浮转子系统有良好的解耦效果与鲁棒性。     

考虑接触效应的拉杆转子非线性动力学特性分析

本文建立了两盘拉杆式转子轴承系统动力学模型,模型受不平衡力和非线性油膜力激励,拉杆转子轮盘之间接触刚度由接触理论计算得到,采用4阶龙格库塔法进行求解,并使用分岔图和Poincare映射对比分析了不同的转速下,拉杆转子与单盘整体转子的非线性动特性的差异。通过研究得到以下结论:随着转速变化,相比于单盘整体式转子,考虑盘间接触效应的影响会使系统非线性动力学行为更加复杂,在中高转速范围内拉杆转子系统响应状态在周期运动与准周期运动或混沌运动状态之间出现多次反复,拉杆转子系统初次发生分岔的转速值变大,响应的幅值减小,在低转速范围内,盘间接触状态对系统状态影响较小,系统不受转速变化影响。     

磁悬浮转子振动主动控制综述

利用磁悬浮系统的可控性,应用于转子的振动控制,将会进一步提高转子的旋转精度.本文阐述了磁悬浮系统控制转子振动的研究现状,磁悬浮系统的结构,工作原理及磁悬浮系统的优点.并且分析了将磁悬浮系统应用于控制转子振动的两种方法,指出现在这两种方法的缺点.并介绍了点磁悬浮动力吸振器的优点.在文章的最后提出了研究这种系统所要面临的问题.     

磁悬浮轴承转子热弯曲振动影响因素分析

为了研究磁悬浮轴承转子系统中热弯曲振动的影响因素,根据磁悬浮轴承转子热弯曲振动机理,提出了一种迭代计算方法,不断更新计算条件,反复迭代计算,直到振动收敛或发散,由此得到转子工作时电控参数和转子结构参数对热弯曲振动的影响。计算结果表明：电控参数中,改变偏置电流和积分系数对热弯曲振动无明显影响,而提高比例系数和微分系数会使热弯曲振动的影响增大;转子结构参数中,增大非悬臂侧轴段长度和悬臂侧轴段长度会降低热弯曲振动的影响,而增大悬臂长度和外挂圆盘半径会轻微增大热弯曲振动的影响。由此可知,电控系统和转子自身的幅频特性决定热弯曲的影响程度,二者的相频特性决定热弯曲振动的变化趋势。     

电涡流传感器检测磁悬浮转子轴向位移的方法

磁悬浮转子的轴向位移常常利用电涡流传感器从转子轴向方向来检测,这一方法具有一定局限性。针对这一情况,在分析了电涡流传感器的工作原理以及输出特性的影响因素后,研究了利用被测导体的台阶表面来检测导体沿传感器径向方向的位移的方法。在该方法中,采用与差动相反的思想,将关于被测导体对称布置的两个传感器的输出进行加和,来消除传感器线圈与导体间距离的变化对检测结果的影响。结合磁悬浮转子的特性,提出了磁悬浮转子轴向位移径向检测的方法,并进行了实验验证,结果表明传感器的输出电压之和与转子轴向位移之间具有良好的线性关系和灵敏度,验证了该方法的正确性和可行性。     

非线性磁悬浮转子系统的不平衡响应分析

考虑漏磁及磁饱和等非线性因素对磁悬浮轴承支承特性的影响,建立非线性磁悬浮转子系统动力学模型,分析运行参数和控制参数对系统不平衡响应的影响,结果表明:负载较大时,非线性磁悬浮转子系统不平衡响应更复杂;相同转速范围内非线性磁悬浮转子系统更易失稳;比例系数较大和微分系数较小会使非线性磁悬浮转子系统振幅增大,不平衡响应明显.     

磁悬浮转子系统中涡流传感器的工作特性研究

根据涡流位移传感器的工作原理及其在磁悬浮转子系统中的应用,介绍磁悬浮转子的工作环境以及对传感器的影响,分析涡流传感器在变化磁场环境下的误差来源以及表现形式,设计实验并测试了涡流传感器在变化磁场环境中的工作特性。实验结果表明:磁力轴承的变化磁场以及磁滞特性也是影响涡流传感器测量精度的一个重要原因,磁悬浮转子检测系统需要考虑磁场环境对测量精度的影响,对进一步提高磁悬浮转子的控制精度具有重要的参考价值。     

卧式离心机转子-磁悬浮轴承系统的非线性特性分析

为解决实际工程中卧式离心机高转速工作条件下的振动问题,对磁悬浮轴承支承的轴承振动特性进行分析。建立了转子-磁悬浮轴承振动系统的数学模型,考虑陀螺效应,基于非线性理论,运用Wilsonθ直接积分法并通过MATLAB软件求解出x,y两方向的振型、速度、轴心运行轨迹。结果表明:x向振动大于y向振动,且振幅呈衰减趋势,增大偏磁电流可有效降低转子的振幅;在考虑陀螺效应的情况下,转子轴心轨迹呈椭圆形。最后,通过ANSYS/Workbench仿真分析验证了数值结果的合理性。     

基于磁悬浮效应的三维振动测量

设计了磁悬浮球系统模型,测量一定电流下磁悬浮球位移与受力得到磁悬浮球的电磁力表达式,推导了磁悬浮球运动的动力学方程.实测中磁悬浮球模型壳体与被测振动体刚性连接,通过光电传感器测出磁悬浮球与壳体的相对位移得到三维被测振动信号.通过标准振动台实测验证,小于120 Hz的最大绝对误差为±0.3 Hz,相对误差为±1.5%～±0.25%,120 Hz～5 kHz的最大绝对误差为±1Hz,相对误差为±0.83%-±0.02%.由于磁悬浮球悬浮于空中,灵敏度高,具有良好的频率响应特性,磁悬浮球运动各向同性,不存在因粘贴传感元件带来的极间耦合问题,与传统多维振动测量方法相比较该方法具有独特的优势.     

磁悬浮转子不平衡振动控制研究综述

在磁悬浮转子不平衡振动控制的相关研究基础上,阐述了磁悬浮转子不平衡振动的产生原因、控制原理以及处理方法,讨论了基于轴承电磁力最小和转子振动位移最小这2种控制策略的不平衡振动控制方法,并介绍了该技术在旋转机械中的典型应用案例,最后展望了磁悬浮转子不平衡振动控制研究的未来方向.     

考虑磨削力的磁悬浮磨床电主轴转子系统动态特性分析

以电磁轴承支承的磨床电主轴为研究对象,建立了转子的弹性支承模型,对其进行了模态分析,得出转子固有频率随支承刚度变化的规律;对施加磨削力时转子的稳态响应特性进行了分析,根据危险界面的节点位移,初步确定了主轴系统的稳定性。     

考虑端齿连接的转子-滚动轴承系统非线性振动特性研究

为了研究滚动轴承支撑下端齿连接转子系统的接触效应,采用三维有限元与解析法相结合推导了端齿连接刚度矩阵,建立了端齿连接转子-滚动轴承系统动力学模型,并通过Ansys验证了模型的有效性。通过与连续转子对比发现,端齿结构使转子一阶临界转速降低了5%,振幅增大了3%,非线性分岔趋势与连续转子大致相同。然而,端齿接触特性使转子明显地提早进入和离开拟周期运动,在分析含端齿结构的转子振动特性时应考虑接触效应。在转速超过15 900 r/min时,转子系统做稳定的单周期运动,运行平稳,可作为工作转速合理设计阈值。研究可为含端齿结构转子系统非线性振动特性预测和工作转速设计提供分析方法和设计思路。     

非线性裂纹转子密封系统的耦合振动分析

随着旋转机械结构参数的提高,作用在转子上的密封中的气流激振力将显著增大。本文针对裂纹转子密封系统进行了研究。应用Muszynska非线性密封力模型,建立了在密封中的气流激振力作用下的裂纹转子系统耦合动力学方程,分析了在非线性密封力作用下的裂纹转子运动特性,并着重讨论了迷宫密封的物理和结构参数对裂纹转子运动特性的影响。研究结果表明,系统具有非常丰富的非线性动力学行为,密封中的气流激振力对裂纹转子的周期运动有明显的抑制作用,密封结构的各主要参数对系统稳定性有很大影响,故可以通过调整密封参数来改善系统的动态稳定性,这为旋转机械的理论设计和故障动态监测提供了理论依据。     

微框架效应磁悬浮飞轮转子轮缘优化设计

基于由磁阻式锥形磁轴承和洛伦兹力磁轴承组成的五自由度微框架磁悬浮飞轮,对转子轮缘进行了优化设计.根据飞轮转子结构特性,提出以质量为优化目标,对轮缘质量、极转动惯量和一阶共振频率等进行理论分析和研究,确定了优化变量.应用优化设计软件iSIGHT集成有限元分析软件ANSYS,采用序列二次规划算法,以一阶共振频率、极转动惯量、最大等效应力、极惯性矩与赤道惯性矩之比等作为约束条件并考虑轮辐根数对轮缘质量的影响,对轮缘进行了优化计算,得到了相关变量的最优化结果.结果表明,其他变量最优、轮辐根数为3时,轮缘具有最小质量为2.036 kg,比初始质量2.226 kg减小了8.54％.提出的优化方法提高了转子设计的合理性和效率,对飞轮系统整体优化设计具有重要意义.     

转子非线性扭转振动成因研究

目前研究转子扭转振动的非线性现象,多数采用直接假设存在立方非线性,并未对其存在的原因进行解释。针对此问题,从几何变形的角度出发,推导出转子扭转振动中产生刚度渐软的duffing非线性现象的原因。首先,在未考虑非线性影响的情况下用ANSYS进行了模态求解;其次,在考虑非线性项时,建立多自由度的数学模型,采用模态截断的方法和多尺度法分析了系统的主共振;最后,通过数值仿真与扫频试验结果的定量对比,证明了转子扭转振动中存在刚度渐软的立方非线性理论的正确性。     

磁悬浮电动机柔性转子振动控制与试验研究

针对磁悬浮电动机柔性转子穿越一阶弯曲临界转速所面临的问题,提出综合多种控制器于一体的振动控制方法。为保证控制器设计的准确度,采用在线扫频技术验证磁轴承系统各环节建模的正确性。基于不完全微分PID控制器,设计固定中心频率的陷波器抑制转子二阶弯曲模态。根据等效控制系统的阻尼特性,设计相位补偿器增加转子在一阶弯曲模态共振点附近的正阻尼,抑制转子一阶弯曲模态。考虑到转子存在较大的二阶柔性不平衡质量,根据最小电流控制准则,在转子穿越一阶弯曲临界转速之后启用同频陷波器,消除功放同频电流,避免磁轴承控制量过大造成功放电压饱和。试验结果表明,所设计的综合控制器有效抑制了转子的一阶和二阶弯曲模态,且转子在一阶弯曲模态处的最大位移振幅仅为轴承单边保护间隙的5%;最终转子成功穿越一阶弯曲临界转速,并稳定运行在转速34 000 r/min。     

基于弹性支承的磁悬浮轴承转子系统振动控制

为寻找抑制磁悬浮轴承转子系统振动的有效方法,基于有限元分析软件ANSYS对转子系统附加外弹性支承前后的动态特性进行仿真对比分析,同时搭建磁悬浮轴承转子试验台进行试验验证。仿真及试验均表明,通过引入合适的外弹性支承结构,可以有效抑制系统振幅。     

基础振动下磁悬浮转子动力学特性的实验研究

通过给车载磁悬浮转子系统加载正弦激励和随机激励来模拟不同运行工况下的动力学特性,分析实验数据,得出车载工况下磁悬浮转子在低频激励（7Hz）附近最不稳定。     

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。