基于相位偏移自适应LMS算法的电磁轴承柔性转子系统多频激励补偿控制

针对电磁轴承柔性转子系统在实际工作中受到多频激励的问题,提出了一种基于相位偏移自适应最小均方(Least mean square,LMS)算法的陷波滤波器,从而实现对多频激励的补偿控制.首先建立了电磁轴承柔性转子系统的动力学模型,给出了反馈补偿控制系统的闭环传递函数;然后推导了基于相位偏移自适应LMS算法的陷波器的脉冲传递函数,分析了相位偏移角对陷波器频率特性和闭环系统稳定性的影响,通过分析不同转速段控制系统的根轨迹,得到了全转速范围内使闭环控制系统保持稳定的相位偏移角;最后分别在不平衡激励和多频激励条件下对电磁轴承柔性转子系统振动控制性能进行了仿真分析,结果说明了所提出的基于相位偏移自适应LMS算法的陷波器能有效地抑制柔性转子的多频振动.     

电磁力参数快速寻优的转子多频振动抑制研究

针对转子-轴承系统中的转子多频振动问题,以转子-轴承-电磁作动器系统为研究对象,建立装有电磁作动器的转子系统动力学模型,提出了一种基于电磁力参数快速寻优的转子系统多频振动主动抑制方法。采用变步长寻优策略,快速获取电磁作动器的电流最佳参数,通过向转子施加具有多个频率成分的旋转电磁力来抑制转子的多频振动。实验结果表明,快速寻优策略比整周寻优用时短,能够实现转子系统多个频率振动成分的主动抑制。     

齿轮轴承转子系统支撑刚度特性研究

建立考虑齿轮-轴承转子系统多刚体、多柔体及刚柔耦合的动力学模型,并采用不同轴承刚度计算方法获得支撑刚度。在此基础上,研究系统支撑刚度对齿轮动态啮合力及振动位移等响应的影响规律,并与理论值对比分析。研究结果表明:刚性体模型仿真结果与理论值相比数值普遍偏大,而柔性体仿真结果与理论值基本一致;齿轮-轴承转子系统支撑刚度对齿轮动态响应产生较大影响,支撑刚度取3倍齿轮啮合刚度时,齿轮振动角速度等值与理论值基本相符。因此,利用柔性体模型并选择合理的支撑刚度对齿轮-轴承转子系统的动力学仿真分析具有实际意义。     

基于李雅普诺夫函数的电磁轴承电压控制

为解决电磁轴承柔性转子跨越临界转速时的振动较大的问题,通过考虑系统整体能量,利用李雅普诺夫能量函数设计基于电压的控制方法。首先利用有限元建立柔性转子模型,并考虑电磁力的非线性,对比PID控制和基于李雅普诺夫方法的电压控制下电磁轴承转子的响应。分析表明,在临界转速附近,PID控制下的电磁轴承转子振动较大,而电压控制可以有效降低转子振幅,通过调整电压控制的参数,可以得到比较良好的动态与稳态性能;控制参数的改变,会使转子振动的超调量和响应时间发生明显的变化,反映系统的不同状态变量对控制效果的影响。     

基础摆动条件下主动电磁轴承-柔性转子系统的稳定性

与基础平动不同,基础摆动不仅会给转子系统产生额外的激励力,而且还会改变转子系统的阻尼及刚度特性,对系统的稳定性产生影响。以电磁轴承支承的柔性转子系统为例,研究了基础摆动条件下转子系统的稳定性。首先,用有限元法建立了基础摆动条件下电磁轴承–柔性转子系统的动力学模型,然后基于Routh-Hurwitz准则推导了基础恒定摆动条件下转子系统的稳定性条件,并用特征根轨迹进行分析。之后,基于Floquet理论研究了基础正弦摆动对电磁轴承柔性转子系统稳定性的影响,得到了系统的稳定性边界,并利用转子系统响应进行了验证。最后,研究了PID控制器参数对基础摆动条件下电磁轴承–柔性转子系统稳定性的影响,针对基础正弦摆动,提出了使用相位补偿器补偿转子系统稳定性的方法。研究结果表明,基础恒定摆动条件下,主动柔性转子系统的稳定性与摆动的幅值有关;基础正弦摆动条件下,转子系统的稳定性与摆动的幅值和频率有关。合理地选择PID控制器的参数能够改善转子系统的稳定性。PID控制器串联相位补偿器,对于基础正弦摆动条件下电磁轴承–柔性转子系统的稳定性具有良好的补偿效果。     

基础平动激励下的电磁轴承柔性转子系统振动控制研究

针对基础激励会导致转子碰撞保护轴承,甚至引起系统失稳的问题,对电磁轴承柔性转子系统在基础平动激励条件下的振动位移响应特性及其控制进行了研究.首先,在基础坐标系中建立了电磁轴承柔性转子系统的运动方程;然后,以基础加速度为输入信号和LMS变步长算法设计了自适应控制器,根据位移差值自适应调节其输出信号,抑制了系统在该种扰动下...     

主动电磁轴承转子系统振动模态的分析研究

概要介绍了电磁轴承支承下多质点柔性转子振动模态计算分析方法 ,对一套低温制氧高速透平膨胀机的电磁轴承转子系统的振动模态进行了分析 ,阐述了电磁轴承转子系统振动模态与传统油膜轴承转子系统振动模态的不同之处 ,指出了振动模态分析对电磁轴承系统传感器安装位置设计的重要性 ,及传感器安装位置的设计原则。     

基于遗传神经网络的发电机转子匝间短路故障辨识

针对BP神经网络对发电机转子匝间短路故障识别方法存在收敛速度慢且极易陷入局部最优解的不足,在分析发电机转子绕组匝间短路后的电磁特性及电机气隙磁场的基础上,提取了故障特征量,采用遗传神经网络法对发电机转子匝间短路故障进行辨识,通过引入遗传算法对BP神经网络进行权重和阀值优化,使模型具有全局寻优、收敛速度快及评价结果客观、准确的优点,并且避免了为得到故障样本所做的损坏性试验过程。仿真结果表明了该方法的可行性和有效性。     

转子—轴承系统的振动控制和最优控制力计算

本文在复模态分析的基础上构造了用以表征处于任意周期性激振力作用下的转子-轴承系统最佳稳态响应的目标函数,由此出发解决了两类常见的最优控制力计算问题：当控制点一定而控制力大小及形式无强加约束时,作者提出的直接解法把对控制力的寻优最终归结为求解线性方程组问题,对于控制力形式及大小均受到强加约束的情况则按非线性规划采用Powell法及复合形法寻优;并给出了相应的算例。     

转子系统的动态优化设计研究

大型旋转机械的转子系统是整个机组的重要的组成部分。在分析转子、轴承、支承系统振动的基础上,建立整个转子系统的振动模型以及集中质量转子系统力学模型。同时对转子系统进行了以多阶振型为目标、多阶临界转速及动力响应为约束变量的优化设计工作,对优化设计方法从数学建模到优化分析,再采用ANSYS计算作了系统的详述。通过设计使转子系统的动态性能在图纸设计阶段就得到预测和优化,使产品的性能趋于最佳。     

单盘转子的瞬态不平衡动力相应分析

建立了Jeffcot转子的瞬态运动方程,采用S imu link程序进行数值仿真,得到转子系统在不同加速度下的瞬态动力响应。就不同加速度下转子系统振动的振幅、相位、进动角速度随时间和转速的变化规律分别作了较详细的讨论,得出了相应的结论。发现转子变速越过临界转速时,振幅、相位和进动角速度均与转子偏心相对于转子挠曲面的位置有关。进动角速度波动的极小值和极大值都对应着响应曲线过临界后波动的极小值。振幅、相位、进动角速度在过临界后的波动频率随转速增加而增加。该仿真结果与试验结论相吻合[4]。     

轴承载荷对转子系统各支承的耦合振动分析

以多支承转子 轴承 弹性基础系统为研究对象,对多支承转子系统某支承处轴承载荷变化引起不同支承点处轴及轴承的耦合振动响应进行了研究。首先,建立了多支承转子系统支承间的耦合振动模型,并进行了仿真和试验,耦合振动模型考虑了每个支承处的油膜耦合效应,通过轴承载荷敏感度矩阵得到各支承耦合力;然后,利用龙格库塔法对油膜刚度为定刚度和动刚度两种情况下的转子系统进行了数值分析及仿真;最后,在8支承转子试验台上进行试验,采取改变某一支承处的位移来得到轴承载荷的变化,并提取各支承处的振动信号。结果表明,轴承位置在稳态和瞬态两种情况下改变时振动响应明显不同,油膜刚度为动刚度的分析结果更为合理。     

一种多柔体系统动力学建模方法

应用转动规范理论建立惯性系与非惯性系之间速度和加速度转换关系式。以此为基础导出多柔体系统的速度和加速度表达式 ,根据速度变分原理建立动力学方程。用本文方法 ,降低了计算机存储 ,最后给出一个数值算例。     

非线性径向主动电磁轴承-转子系统的耦合动力学特性及稳定性

研究径向主动电磁轴承支承的不对称转子系统的动力行为及稳定性。转子模型中考虑了陀螺效应，结合分散PID(pmponional integral differential)控制器方程和转子运动方程，形成系统方程。将预估—校正机理和Newton-Raphson方法相结合，给出一种径向主动电磁轴承—转子系统线性失稳转速即Hopf分岔点所对应转速的计算方法。基于打靶法及将预估—校正机理和打靶法相结合形成的一种轨迹预测追踪的延续算法，研究系统非线性不平衡周期响应及稳定性边界。结合Floquet分岔理论研究随系统控制参数改变径向主动电磁轴承—转子系统周期运动的局部稳定性和分岔行为。     

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。     

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。     

Fixed-Geometry,Hydrodynamic Bearing with Enhanced Stability Characteristics

This article presents the results of a successful bearing optimization study aimed at identifying a fixed-geometry, hydro-dynamic journal bearing that does not suffer from the low load instability typical of this class of bearings. This goal was met through optimization of a fairly simple objective function based on the rigid rotor whirl-speed ratio, using a constrained, nonlinear algorithm based on sequential quadratic programming. In the interests of reducing computational time, a two-dimensional isoviscous formulation of the Reynolds equation was used for this work. The equation was solved using a finite element approach.

This article includes a discussion of the optimization approach, the finite element solution approach, the resulting bearing design, and its performance characteristics. It concludes with an application example comparing the optimized bearing's predicted performance to a tilting-pad bearing's predicted performance for a centrifugal compressor-like rotor. The mismatch between shaft and bearing stiffness due to the rigid rotor optimization makes the optimized bearing less desirable from an unbalance response point of view. However, the optimized bearing is shown to have very good stability characteristics, which compare favorably to a tilting-pad bearing.     

Stability and coupling dynamic behavior of nonlinear journal active electromagnetic bearing rotor system

The stability and coupling dynamic behavior of a journal active electromagnetic bearing rotor system are analyzed. The gyroscopic effect is considered in the rotor model. The system equations are formulated by combining equations for rotor motion and decentralized proportional integral differential (PID) controllers. A method combining the predictor-corrector mechanism and the Netwon-Raphson method is presented to calculate the critical speed at the corresponding Hopf bifurcation point of the system. For periodic motions, a continuation method combining the predictor-corrector mechanism and shooting method is presented. Nonlinear unbalanced periodic motions and their stability margins are obtained using the shooting method and established continuation method for periodic motions. With the change of control parameters, the system local stability and bifurcation behaviors are obtained using the Floquet theory. The numerical examples show that the schemes not only significantly save computing cost, but also have high precision.     

Application of a frequency filter in the control system of a flexible rotor with electromagnetic bearings

The specificity of transmission of a flexible rotor on electromagnetic bearings of critical frequencies has been studied with the use of frequency filtering of the data on the control over the rotor shifts in the place of the bearings’ location. It has been shown that the introduction of a filter into the given control system at a certain rotation frequency of the rotor can result both in the expansion of the control system parameters’ area when the rotor remains in the preset spatial boundaries and its contraction. An example of the dynamic model for a flexible rotor with a heterogeneous length with a nonlinear system of an electromagnetic hanger has been presented.     

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。