主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能仿真研究

为了主动控制径向滑动轴承转子系统的振动性能,提出了调节径向滑动轴承可倾轴瓦的径向位移及周向角度的方法来实现主动控制,开展主动控制可倾瓦轴承-转子系统动态性能理论仿真研究,以掌握该主动控制方法对轴承转子系统振动特性的影响规律。建立了不同径向位移和周向角度的可倾瓦轴承静动特性以及转子系统轴心轨迹理论计算方法,在控制不同可倾瓦径向位移及周向角度的情况下分析轴承的静动态性能,并对其轴心轨迹进行分析。理论研究结果表明,增加对轴瓦径向位移和周向角度的控制量可以有效减小转子轴颈振幅,提高轴承-转子系统的运行稳定性,为可倾瓦轴承-转子系统实现主动控制奠定了理论基础。     

磁悬浮轴承系统的模糊滑模变结构控制研究

研究主动磁悬浮轴承转子位置高性能控制问题.针对主动磁悬浮轴承因受模型摄动与外界干扰等呈现出的复杂非线性导致传统滑模控制抖振严重的问题,为提高系统转子位置控制精度以及鲁棒性,提出用模糊滑模变结构控制来提高磁悬浮轴承系统控制精度与鲁棒性.算法采用等效滑模控制器来准确跟踪磁悬浮轴承转子位置,用模糊控制改善与消除滑模抖振问题.通过对单自由度主动磁悬浮轴承的建模进行仿真测试,结果表明,所设计的模糊滑模控制器能够在外界干扰下有效提高控制系统精度,精确跟踪轴承转子位置,并且控制性能比传统滑模控制好,具有实际应用价值.     

混合磁悬浮轴承转子系统的仿真分析

通过ANSYS对UG中所建立的转子的三维实体模型进行有限元分析,生成了柔性转子的模态中性文件,将其导入ADAMS中分别建立了轴向永磁、径向四自由度电磁悬浮和轴、径向三自由度永磁、其余两径向自由度电磁悬浮的五自由度混合磁悬浮轴承柔性转子系统模型,采用基于接口的方法在MATLAB和ADAMS环境下对系统进行了起浮和旋转联合仿真,并根据仿真结果对设计参数进行了优化,可为混合磁悬浮轴承转子系统的设计与研究提供参考。     

磁轴承变饱和柔性变结构控制

采用磁轴承取代传统机械轴承,可消除飞轮储能装置机械摩擦,提高转子临界转速.针对磁轴承控制系统响应快、运行稳定的要求,设计了一种变饱和柔性变结构控制器.根据磁轴承的基本结构与悬浮力模型,建立了系统的状态方程;通过有限元仿真,分析了磁轴承耦合性,确定了系统基本控制方案;将柔性变结构和变饱和项结合,当系统存在较大偏差时只通过线性控制器调节,在中等偏差时通过线性控制器和变饱和状态控制器一起调节,在小偏差时由线性控制器和变饱和状态控制器转变的线性控制器一起调节.仿真与实验结果表明,变饱和柔性变结构控制满足实时控制的要求,磁轴承控制系统具有较快的响应速度和较高的运行稳定性.     

基于灰色预测理论的转子系统振动主动控制

以灰色预测控制理论为基础,采用现代控制理论中的二次型优化原理,以控制力和响应加权最小为目标函数,设计了两种基于灰色预测理论的转子系统振动主动控制方案——灰色 GM(1,1)预测优化控制方案和灰色 Verhuslt 预测优化控制方案.并将该两种方案分别应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动主动控制中,通过数值仿真验证了两种控制方法的有效性,并对两种方法的控振效果进行了比较.     

无轴承同步磁阻电机逆系统解耦控制仿真研究

研究无轴承同步磁阻电机稳定性控制问题,由于无轴承同步磁阻电机是一个强耦合的非线性系统,为实现负载条件下的稳定悬浮运行,需解除电机转矩和径向悬浮力等多变量之间的耦合关系。针对前馈补偿解耦的缺陷,给出了无轴承同步磁阻电机包含转矩控制和悬浮力控制的统一数学模型,证明电机逆系统存在,设计了一种通过非线性状态反馈的逆系统解耦控制方案,将复杂的无轴承同步磁阻电机系统解耦成两个转子径向位置二阶积分子系统和一个转速一阶积分子系统,并用PI和PID调节器分别对转子位置与转速进行综合设计。运用MATLAB软件对电机控制系统进行仿真。仿真结果证明,解耦控制方案的有效性,为电机系统优化设计提供了保证。     

永磁型无轴承电机悬浮系统的H∞鲁棒控制

为了提高永磁型无轴承电动机悬浮系统的稳定性和抗干扰能力,从运行原理出发,对悬浮系统提出了基于混合灵敏度的H∞鲁棒控制.通过选取适当的灵敏度和补灵敏度加权函数,设计了H∞控制器.应用该控制器实现了基于转子磁场定向控制的永磁型无轴承电机悬浮控制系统.仿真结果表明,所提出的H∞控制器具有良好的抗干扰能力和鲁棒稳定性,性能优于常规PID控制器.最后进行了实验研究,证明了该控制方法的有效性.     

转子-轴承系统响应的分岔与混沌控制分析

给出了对转子-轴承系统的分岔与混沌等复杂动力学行为进行控制的思想．应用washout-filter状态反馈控制方法进行分岔与混沌控制器的设计,用以改进系统转速变化时转轴响应的分岔与混沌特性．通过调整控制器的参数来影响转子系统的动力学行为,控制其运行的稳定性．数值模拟结果表明,随着转子-轴承系统转速的不断提高,系统的动力学行为会发生较大变化,此时应用washout-filter状态反馈控制方法进行分岔与混沌控制,理论上可起到较好的控制效果．     

高速陀螺转子轴承优化分析

某型号高速陀螺转子所使用的微型球轴承,工作条件苛刻,轴承的主要失效模式包括系统共振导致的轴承损坏、保持架运动不稳定导致的轴承掉速等。针对这些失效模式采用了以下优化措施:轴承采用弹性支承结构和保持架采用柔性材料。利用ADAMS软件对该型号轴承进行了模拟仿真,验证了优化措施的可行性。     

转子动力学研究进展

本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.     

转子系统振动的灰色关联控制方法研究

将灰色关联控制理论应用于转子系统的振动主动控制,设计了转子系统振动的灰色关联控制方案．该方案依据转子工作曲线和实测曲线的关联度实现对转子振动的控制,因此不需要转子系统的精确的数学模型,具有建模迅速,控制及时、准确,便于工程实现等优点．将该方案应用于一带电磁阻尼器的单盘转子系统的振动主动控制中,仿真结果验证了该控制方法的有效性．     

转子试验台网络实验项目开发

介绍采用图形化编程软件LabVIEW开发柔性转子试验台测控系统,以此为平台可完成转子试验台的各实验项目.     

高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析

为克服大型高速齿轮转子系统质量不平衡响应分析的不足,根据多柔体动力学、有限元法和模态综合理论,用MSC Adams对未耦合和耦合的齿轮转子系统质量不平衡响应进行时域分析,发现当高速端和低速端齿轮转子同时存在质量不平衡时,耦合系统响应为分别在其上施加不平衡时响应的叠加,与相关文献采用传递矩阵法得到的结果一致.用Field力元模拟滑动轴承的油膜支撑,得到弹性支撑的单个齿轮转子的不平衡响应,涡动轨迹为椭圆,结果与相关文献对弹性支撑的圆盘转子不平衡响应分析的解一致.     

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

弹性箔片轴承-盘式永磁电机转子系统轴向冲击响应

轴向磁通永磁(Axial Flux Permanent Magnet,AFPM)电机在给转子输出周向电磁转矩的同时,还作为一种“磁轴承”,与弹性箔片轴承(Gas Foil Bearings,GFBs)并联工作.当GFBs支承的单定子单转子AFPM电机转速发生突变时(如加、减速),叶轮或者透平会产生一个瞬时轴向力.为揭示此轴向冲击对转子系统振动的影响机理,针对采用2个径向GFBs和1个轴向GFB支承的单定子单转子AFPM电机,建立了系统的刚性转子动力学方程,计入了永磁体的轴向吸力、径向回复力以及轴向GFB的推力对转子振动的影响.计算显示：轴向冲击对横向振动的影响非常小,箔片结构刚度的非线性效应会对转子振荡幅值和时间均产生影响,永磁体的负刚度绝对值越大,轴向振幅越大.在设计时,要注意永磁轴承刚度、箔片结构刚度和结构阻尼的合理匹配,以保证转子在轴向冲击下的轴向振荡时间和振幅均不超过允许值.     

具有不确定负载的交流电机自适应后推控制方法

将后推控制方法应用于非线性感应电动机的控制系统中,并把负载作为不确定在数,引入自适应的机制。通过状态观测,感应电动机的速度和转子磁链得到良好的跟踪,改善了系统的性能。仿真结果证明了该方法的有效性。     

弹性环挤压油膜阻尼器支撑下的柔性转子系统动力学分析

弹性环挤压油膜阻尼器(Elastic ring squeeze film damper, ERSFD)具有良好的支撑作用和减振效果,但由于其结构和流场耦合行为极为复杂,使得已有的物理模型难以完整表现出ERSFD的力学特性.为了进一步探究ERSFD的力学机理,本文借助有限元仿真平台,采用双向流固耦合的计算方法,剖析弹性环与油膜之间的相互作用,获取ERSFD中油膜压力的分布规律.在此基础上,利用最小二乘法进一步拟合出ERSFD等效刚度、等效阻尼与转子轴颈扰动位移的映射关系,并将其分别引入柔性转子系统动力学模型中.通过数值计算研究了ERSFD支撑下柔性转子系统的振动响应,分别给出了不同转速下转子系统的响应分岔图、轴心轨迹等.同时,通过对比分析,进一步揭示了ERSFD所诱发出的转子系统丰富的非线性动力学行为,有助于对ERSFD轴承支撑特性的理解.     

柔性多体系统动力学在直升机旋翼桨叶上的应用

提出了一种全新的计算旋翼桨叶动力响应的方法。以柔性多体系统动力学为基础，结合有限单元法和拉格朗日方程，推导出绕动轴转动的多柔体动力学质量矩阵，建立了直升机旋翼桨叶的动力学控制方程及其系数矩阵的解析表达式，采用Rung-Kutta法进行数值积分．分析了挥舞运动在强耦合状态下的运动规律。仿真结果表明采用此方法建立旋翼桨叶的动力学控制方程。可以更真实的反映桨叶的实际运动状态。     

弹支-刚性转子系统过共振瞬态响应特性研究

针对结合弹支-刚性转子系统的动力学特点,利用Lagrange能量法建立了考虑变速特性的转子系统瞬态响应动力学方程,模型中区别考虑了非旋转阻尼和旋转阻尼的影响.采用精细积分算法计算获得过临界区的转子瞬态响应特性,进一步对比分析了角加速度和阻尼特性对转子系统瞬态振动响应幅频特性和相频特性的影响规律.研究结果表明：变转速引起系统的刚度矩阵变化并产生附件的激励力;瞬态过共振响应幅值明显小于稳态响应幅值,且过共振越快速、阻尼越大时系统瞬态振动响应幅值越小.针对过瞬态相频特性,在临界转速附近出现一个新的相位角(加速过共振小于90°),此相位不受角加速度值和旋转阻尼比的影响,但随着非旋转阻尼比的增大呈增大趋势.