磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量不平衡系统动态特性研究

针对磁悬浮铣削电主轴在切削过程中因切屑进入刀具容屑槽中而导致“刀具-主轴”系统质量变化,进而引起系统回转精度不稳定的问题,以变质量质点理论为依据建立“切屑-刀具-主轴”系统的变质量动力学模型。分析系统的不平衡质量变化时所引起的系统振动,进而导致磁悬浮轴承定/转子间气隙磁场不均所产生不平衡磁拉力,并利用等效磁路法建立不平衡磁拉力模型。利用Riccati传递矩阵法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统的稳态动力学模型,得到系统的模态参数和初始偏心质量影响下的不平衡响应。考虑铣削力、变质量力、切屑质量不平衡离心力和不平衡磁拉力等因素,采用Newmark-β算法求解磁悬浮铣削电主轴转子-刀具变质量系统的瞬态动力学模型。对系统从起动到切削过程的动态响应进行仿真分析,结果表明,质量不平衡是影响磁悬浮铣削电主轴转子-刀具系统稳态响应的主要因素;在切削过程中,变质量力是影响系统瞬态响应的主要因素;不平衡磁拉力对系统响应的影响与系统的稳定性成负相关与系统的振幅成正相关。     

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。     

力自由不平衡控制下的高速磁悬浮飞轮系统在线动平衡

针对高速磁悬浮飞轮转子的不平衡问题,提出了一种在力自由不平衡控制下的在线动平衡方法,用空气环境下低转速的在线动平衡替代真空环境下的高转速在线动平衡,以实现兼顾高效率和高精度的在线动平衡。通过分析磁悬浮转子系统的不平衡模型和比较各不平衡控制模式下校正质量的求解方法,得出在力自由控制模式下,磁轴承的同频控制电流为零,电磁力在线性化范围内仅是转子位移的线性函数。因此根据转子的同频位移响应可解算动平衡校正质量。通过所设计的磁轴承力自由不平衡控制器使转子绕其惯性主轴旋转,获得了转子同频位移响应。由于系统参数的理论值与实际值存在一定误差,通过一次试重对转换系数矩阵进行了校正。实验结果表明,通过一次试重校正转换系数矩阵,再经过两次试转后即可实现高精度动平衡。另外,转子轴心轨迹显著减小、转子两端同频位移响应分别下降了77.29%和94.14%;在真空环境下,试验转子升速至500Hz时,转子的运行状况与低速状态一致,进一步验证了本文提出方法的有效性。     

冲击激励下磁悬浮转子系统的响应特性分析

由于基础承受垂向冲击时,磁悬浮转子系统的转子与定子极易碰撞,重点研究垂向冲击激励下磁悬浮转子系统的响应特性。通过龙格库塔法,计算磁悬浮转子系统的冲击响应,并分析冲击激励和不平衡力波动对响应特性的影响。结果表明,冲击脉宽和转速对响应幅值增大的速度有显著影响。     

不平衡磁拉力作用下电机柔性转子非线性振动研究

建立了电机柔性转子非线性动力学模型,并使用多尺度法计算了系统的一次近似主共振响应。通过定常解分析发现转子主共振响应中存在幅频曲线左偏这一软非线性现象,并且不平衡磁拉力的线性部分使系统固有频率下降,非线性部分使主共振峰左偏量增大。使用MATLAB软件中的“ode23”函数绘制出系统的时间历程图及相图,数值积分的结果验证了解析解的正确性。从理论上揭示了转子长度、转子外径以及平均气隙长度等电机参数对非线性振动的影响,为电机的优化设计和控制提供了理论依据。     

磁轴承滑模控制研究综述北大核心

磁悬浮轴承是一个不稳定的强非线性系统,滑模控制方法适合于非线性强、参数不确定的磁轴承系统,对滑模控制在磁轴承中的研究进行综述。首先,对国内外的研究现状进行了阐述;然后,通过对滑模控制方法在磁轴承中的应用方式进行总结,研究表明,滑模控制主要用于提高鲁棒性,观测系统状态量,抑制转子不平衡振动和转子陀螺效应,而解决滑模控制的抖振问题是研究重点;最后,通过综合磁轴承控制和滑模控制的特点,推断出滑模控制的抖振、自适应能力、控制精度、高速控制以及多自由度的整体控制是今后研究的发展趋势。     

磁悬浮转子初始状态对跌落至应急轴承的影响

应急轴承是磁悬浮系统中的辅助支承结构,可防止磁轴承停电或掉电时与转子碰撞而损坏.应急轴承的可靠性不仅与轴承本身的结构有关,还会受到转子初始状态的影响.采用拟静力学的方法建立磁悬浮转子与应急轴承的跌落碰撞模型,分析转子跌落至应急轴承上的动态响应,探讨了转子跌落初始状态,如初始位置、不平衡量等对转子跌落后轨迹及碰撞力的影响.研究表明,初始不平衡量对转子跌落响应影响显著,转子初始位置对转子跌落响应影响不大,因而为保证应急轴承可靠性,应控制转子初始不平衡量在合理范围.该研究结果为后续跌落试验研究奠定理论基础,对轴承可靠性能的评估具有一定参考意义.     

固定瓦-可倾瓦动压气体轴承-转子系统的非线性运动分析

针对固定瓦-可倾瓦组合动压气体轴承-柔性转子系统,研究系统的非线性动力学行为。运用微分变换法求解了可压缩气体润滑的Reynolds方程,得到了单块瓦的非线性气膜力,通过组装技术获得了固定瓦-可倾瓦动压气体轴承非线性气膜压力的分布。基于Newmark积分法,运用轴颈中心的运动轨迹图、时间历程图和Poincaré映射图,研究了组合动压气体轴承支承的柔性转子系统的非线性不平衡动力响应。在此基础上,进一步分析了瓦块不同支点比和预负荷系数对转子系统稳定性的影响,结果表明,选取合适的支点比和较大的预负荷系数时,有助于提高转子系统的运动稳定性。     

滚动转子式压缩机转子动力学分析

文中研究了压缩机转子临界转速和不平衡响应的分析计算。电机在旋转过程中产生的径向不平衡磁拉力,作用在转子上,会对其临界转速产生影响。利用有限元法提取了电机气隙径向磁密,合成不平衡磁拉力,并计算在不平衡磁拉力影响下的压缩机转子临界转速;计算转子对于某些位置上的不平衡量的敏感程度;求解轴承-转子系统频率方程并求得复频率,画出了复特征值对应的对数衰减率曲线,分析了轴系的稳定性。     

主动磁悬浮轴承系统拍振现象分析

振动分析是研究主动磁悬浮轴承(Active magnetic bearings,AMB)系统的一个重要部分,但是目前结合控制器以及动态不平衡响应建立的系统数学模型相对较少.通过对高速主动磁悬浮轴承转子系统受力分析,参考所使用的不完全微分PID控制器的频率特性对AMB广义动刚度的影响以及对转子动态不平衡激励响应的影响,建立径向子系统的力学振动方程.通过此振动方程的解,得出AMB系统存在的振动形式.一种是由于系统固有频率存在而产生的自由振动,另一种是由于不平衡响应存在而产生的简谐振动,并解释当两种振动频率相近时系统所产生的拍振现象.通过调节控制电流主动控制作用,可以改变磁悬浮轴承广义动刚度,进而改变系统固有频率,最终起到减弱拍振现象作用.仿真和试验能够验证拍振现象以及改变主动控制作用后的减振效果.此力学模型可为AMB系统不平衡振动补偿算法研究提供仿真平台.     

船舶脱硫泵转子系统临界转速计算及不平衡响应分析

为提高船用脱硫泵运行可靠性,利用有限元分析软件对脱硫泵转子系统进行了临界转速计算与不平衡响应分析,得到转子系统"干态"和"湿态"两种工况下的临界转速与不平衡响应曲线.分析泵轴材料密度以及水动力刚度对转子系统临界转速的影响;对比转子系统"干态"和"湿态"两种工况下的不平衡响应幅值,分析转子系统阻尼系数对不平衡响应幅值的影...     

基于流固耦合的滑动轴承非线性油膜动特性研究

针对采用传统静态滑动轴承动力特性系数分析转子从启动到稳定在平衡位置这段时间内瞬态响应的误差较大的问题,提出了采用有限变分法和Newmark-β法相结合的非线性油膜动特性动态分析方法。该方法首先采用有限变分法计算非线性油膜动力特性系数, 解决了采用有限差分法时多次迭代的时效问题,大大提高了计算效率;然后根据计算得到的非线性油膜动力特性系数,通过Newmark-β法分析转子系统的瞬态响应,用学科间迭代方法实现了非线性油膜动力特性系数与转子瞬态响应之间的流固耦合;最后以Jeffcott转子系统为例,对比研究了传统静态分析方法与动态分析方法。结果证明,采用动态分析方法得到的转子系统瞬态响应幅值更小,精度更高。     

磁悬浮硬盘转子机电耦合动力学分析

为研究磁悬浮硬盘转子的动力学特性,建立了一种基于状态空间的统一的动力学模型,同时将磁力轴承为弹簧阻尼支承系统建立简化的转子动力学模型,通过两种模型的计算结果分析,机、电、磁、控制相互耦合的作用,对磁悬浮硬盘转子系统的特征值有较大的影响。     

磁悬浮转子-轴承碰摩系统的非线性动力学行为

探讨高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承瞬时接触时系统的非线性动力学行为。通过采用数值积分法,综合利用分岔图、时间响应图、Poincaré截面图和相图,首先研究了几何耦合参数α、比例反馈增益P和微分反馈增益D对系统的影响,其次研究了刚度比K和库伦滑动摩擦因数μ分别对偏心量比U的影响。结果表明:当几何耦合参数α取较大的值时,会导致转子偏移平衡位置,引发高速旋转的磁悬浮转子与辅助轴承发生碰摩,设备产生异常振动;比例反馈增益P或微分反馈增益D取较大的值,系统状态稳定,同时偏心量比U的取值会对系统状态产生显著影响。此外,辅助轴承的软装设计有利于系统稳定。     

磁悬浮控制力矩陀螺磁轴承的变工作点线性化自适应控制方法

为提高磁悬浮控制力矩陀螺框架高速时的磁悬浮转子系统稳定性,研究磁轴承的电磁力-线圈电流/转子位移非线性的线性化及其控制方法.分析框架转动时的磁轴承工作点变化规律,提出磁轴承力-电流/位移特性基于框架转速的变工作点大范围线性化方法,根据线性化得到的线性变参数模型设计增益调节与前馈控制相结合的控制律,按照框架转速的大小对磁轴承位移刚度的变化进行自适应补偿,在磁悬浮转子稳定前提下使框架转速由6.25(°)/S提高到9.5(°)/S.该方法能有效补偿框架运动时的磁轴承力非线性,大幅提高框架转速较高时的磁悬浮转子系统稳定性.     

基于复数相移陷波的磁悬浮转子系统自平衡控制

为抑制磁悬浮转子系统的不平衡振动力,提出了一种基于复数相移陷波器和前馈控制的自平衡控制算法。介绍了磁悬浮转子系统的结构和工作原理,给出了含转子不平衡的磁悬浮转子系统动力学模型,分析了不平衡振动力的电气特性。推导了不平衡振动力的抑制条件,指出功率放大器引起的幅值和相位误差是影响不平衡振动抑制效果的主要因素。将磁悬浮转子两自由度平动方程转换为单自由度复数方程,设计了复数相移陷波器,建立数学方程并讨论了中心频率的幅值和相位特性。最后以磁悬浮控制力矩陀螺为测试平台,对提出的控制算法进行了实验验证。结果表明:采用该算法后不平衡振动力减小了94.1%,验证了该算法的有效性。此外本算法还具有动态过程平滑、计算量少等优点。     

双盘悬臂柔性转子—挤压油膜阻尼器系统的突加不平衡和加速响应特性

建立了双盘悬臂柔性转子—同心型挤压油膜阻尼器 (SFD)系统的运动微分方程 (定常转速和定常加速 )及突加不平衡响应方程 ,分析了系统参数对于突加不平衡响应的影响和加速通过双稳态响应区的突加不平衡及加速响应特性。研究结果表明 :系统参数的变化对突加不平衡响应的变化有较大的影响。对于加速通过双稳态响应区的突加不平衡响应 ,突加不平衡发生在不同的转速比区 ,响应走的路径也不相同 ;不同的盘上发生突加不平衡 ,对于不同临界响应有影响 ;对应两个盘上不同的不平衡量 ,不同阶临界转速处的加速度响应特性不同 ;当悬臂盘距 SFD轴承支承的相对长度较大时 ,系统整体的加速度响应特性较好 ,但突加不平衡后的瞬态振幅也较大。     

轴向磁悬浮轴承支承特性理论分析和实验

磁悬浮轴承广泛用于高速旋转机械,磁悬浮轴承的支承特性对研究该系统的动力学问题具有重要影响。提出了准确地测量轴向磁悬浮轴承支承参数的通用方法,为磁悬浮轴承转子系统动力学仿真分析、优化设计提供了可靠的建模依据。以一轴向磁悬浮轴承为例,首先在理论上计算了力-电流系数和力-位移系数,然后采用载荷法进行实验测定,实验结果略小于理论计算结果,因为实际系统存在漏磁,所以这是合理的。实验测定磁悬浮轴承刚度阻尼的方法主要是利用外部激振力对系统的激振和测试得到的系统响应之间的关系来识别,采用力锤脉冲激振法,从轴向磁悬浮轴承稳定悬浮下的频响函数中,测出系统的刚度约为4.55×106N/m,阻尼约为748N.s/m。     

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。     

双盘悬臂柔性转子一挤压油膜阻尼器系统的突加不平衡和加速响应特性

建立了双盘悬臂柔性转子一同心型挤压油膜阻尼器(SFD)系统的运动微分方程(定常转速和定常加速)及突加不平衡响应方程,分析了系统参数对于突加不平衡响应的影响和加速通过双稳态响应区的突加不平衡及加速响应特性。研究结果表明系统参数的变化对突加不平衡响应的变化有较大的影响。对于加速通过双稳态响应区的突加不平衡响应, 突加不平衡发生在不同的转速比区,响应走的路径也不相同不同的盘上发生突加不平衡, 对于不同临界响应有影响;对应两个盘上不同的不平衡量,不同阶临界转速处的加速度响应特性不同;当悬臂盘距SFD轴承支承的相对长度较大时, 系统整体的加速度响应特性较好, 但突加不平衡后的瞬态振幅也较大。