主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的非线性动力学

用有限元法建立了任意个由滚动轴承组成的固定间隙备用轴承-主动电磁轴承-多盘多质量转子系统在主动电磁轴承失效前后的动力学方程,以一个多盘转子系统为例分析了主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的瞬态非线性动力学特性,讨论了柔性备用轴承的支撑刚度、支撑阻尼和间隙对转子在坠落过程中动力特性的影响。结果表明采用具有较大阻尼柔性结构的备用轴承能够显著地改善转子坠落在备用轴承上的瞬态动力特性,抑制转子在坠落过程中可能出现具有较大振动和冲击力的全间隙区的涡动运动,减小转子坠落对备用轴承寿命和可靠性的影响。柔性结构备用轴承的支撑阻尼越大,支撑刚度越小,间隙越大,转子坠落后出现全间隙区涡动运动的可能性越小。     

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。     

转子──电磁轴承系统性能研究

本文介绍了电磁轴承的特性及其研究发展状况，给出了五自由度电磁轴承──转子系统模型，阐述了使转子稳定悬浮和运转的基本控制规律，分析了转子在电磁轴承中运转特性，并给出了转子稳定运转的实验记录曲线。     

基于Madyn 2000的磁悬浮轴承控制器的设计

电磁轴承的独特特性使其在工业上的应用快速增多.当前,对电磁轴承支承转子在效能和可预测性方面的要求达到了与传统油膜轴承和滚动轴承支承转子的同样标准.对转子系统设计者来说,理解电磁轴承特殊的技术特性是非常重要的.电磁轴承的特性要求是由转子动力学特性和使用的工作环境两方面来定义的.基于现代力学分析软件工具,以及电子化的控制器和它们在一个DSP上的数字化成就,电磁轴承能被很好地设计出来.本文总结了电磁轴承控制器的设计流程,同时给出了电磁轴承所支承的三个不同转子的应用.第一个是小型高速主轴转子,转速120000r/min,第二个是小型涡轮分子泵转子,转速36000r/min,第三个是大型多级离心压缩机转子,转速600~6300r/min.最后分别给出了它们的计算分析和试验验证结果.     

基于Madyn 2000的磁悬浮轴承控制器的设计（英文）

电磁轴承的独特特性使其在工业上的应用快速增多。当前,对电磁轴承支承转子在效能和可预测性方面的要求达到了与传统油膜轴承和滚动轴承支承转子的同样标准。对转子系统设计者来说,理解电磁轴承特殊的技术特性是非常重要的。电磁轴承的特性要求是由转子动力学特性和使用的工作环境两方面来定义的。基于现代力学分析软件工具,以及电子化的控制器和它们在一个DSP上的数字化成就,电磁轴承能被很好地设计出来。本文总结了电磁轴承控制器的设计流程,同时给出了电磁轴承所支承的三个不同转子的应用。第一个是小型高速主轴转子,转速120 000r/min,第二个是小型涡轮分子泵转子,转速36 000r/min,第三个是大型多级离心压缩机转子,转速600~6 300r/min。最后分别给出了它们的计算分析和试验验证结果。     

电磁轴承柔性转子系统动态响应分析

给出了基于多输入多输出(M IMO)系统建模方法的电磁轴承柔性转子系统动态响应优化算法,通过数值仿真实例搜索得到系统最佳工作点。对电磁轴承柔性转子系统动态响应为目标函数的寻优规划的凸凹性进行了判定,对寻优结果作了鲁棒性分析,据此对寻优结果的可靠性给出了定量结论。计算与分析结果表明:电磁轴承柔性转子系统动态响应寻优规划为非凸规划,通过本文提出的优化仿真方法得到的系统最佳工作点为局部最优解且逼近全局最优解。     

柔性转子滚动轴承系统混沌行为研究

研究了滚动轴承支承的柔性转子系统的混沌行为。考虑空间Euler-Bernoulli杆单元、刚性圆盘、圆柱滚子轴承非线性接触力、不平衡力,使用有限单元法建立了柔性转子轴承系统的非线性动力学方程组。根据FPA修正法确定求解周期,采用Runge-Kutta法、Newton-Raphson法求解非线性动力学方程组,用获得的系统最大Lyapunov指数判断系统的混沌行为。以某滚子轴承柔性转子系统为例,研究了该类转子系统在径向间隙、不平衡力、转轴刚度比对柔性转子系统混沌特性的影响规律,发现随着轴承径向间隙的增大,系统的混沌区间逐渐增大、变多。不平衡力的存在使得系统混沌的转速及范围变大。随着刚度比增大,振幅峰值及对应的转速均逐渐增大,系统混沌区间也增多,轴承非线性振动对柔性转子系统非线性行为的影响逐渐增强。     

电磁轴承磁场计算的磁路法优化

介绍电磁轴承磁场计算和转子受力特性分析的磁路法和有限元法。基于上述两种方法,详细地计算了考虑铁磁材料磁阻及其非线性因数的电磁轴承磁场,讨论了两种方法计算结果的差异。参考有限元法的计算结果,对计算电磁轴承磁场的磁路法进行了优化。优化后的电磁轴承磁路法简单、准确,具有工程应用价值。     

自感式电磁阻尼器的研究

通过分析国内外转子振动控制技术,提出了自感式电磁阻尼器的转子横向振动主动控制的设计构思,并以前置滤波器的引入来实现系统功能,同时进行对模型的仿真研究,论证了自感式电磁阻尼器的可行性,具有结构简单,经济实用的特点。     

基于频域整形的电磁轴承最优控制

针对电磁轴承刚性转子的不平衡振动，提出基于频域整形最优控制，该控制器的设计，包括保证系统稳定的最优调节器设计，以及频域整形的权函数设计，通过权值函数，改变轴承动特性，从而实现电磁轴承系统不平衡振动的力补偿或位移补偿。实验结果表明，电磁轴承频域整形最优控制可有效抑制主轴不平衡振动。     

Identification of dynamic stiffness and damping in active magnetic bearings using transfer functions of electrical control system

The dynamic rotor behavior is significantly affected by the stiffness and damping characteristics of the bearings. Therefore, it is important to identify these bearing parameters. For active magnetic bearings (AMBs), these bearing parameters not only could be identified from rotor dynamic response, but also from electrical control system transfer function. Some identification works from rotor dynamic response have been reported, but identification from electrical control system transfer function is relatively few. In this paper, we deduced the equivalent stiffness and damping expressions with electrical control system transfer function for rotor AMBs and identified these values from electrical control system model. To evaluate the identified results, previous reported results from rotor dynamic response is employed for comparison. We found that for the stiffness, a complete and precise electrical control model will obtain relatively consistent values; however, for the damping, the accurate electrical control model is still not enough and the eddy current loss should be included.

     

磁力轴承刚度的实验测量方法

在磁力轴承研究中关于磁力轴承刚度存在两种不同的定义,从转子受力分析和控制系统传递函数角度看,这两种刚度定义之间存在差异。针对两种不同的刚度定义分别给出了其测量方法,并设计了磁力轴承刚度测量的实验系统。该实验系统可以实现磁悬浮转子静态悬浮、刚性旋转和柔性旋转工作状态下的刚度测量。     

转子支承系统中的向心电磁轴承结构设计

讨论了向心电磁轴承的主要结构形式、决定轴承系统性能的主要参数的选取原则、轴承定子与转子结构参数的设计方法，并给出设计实例；通过对实例模型的两维静态场分析，验证和校正了结构设计过程中的假设条件和设计结果；给出了关于向心电磁轴承结构设计的较系统和精确的设计方法。     

强非线性条件下的磁轴承高速电动机

为解决磁轴承高速电动机转子中,永磁电动机磁偏拉力与转子残余不平衡导致的磁轴承电磁力非线性问题,实现转子高速稳定运行,采用全局线性化方法对电磁力进行线性化;同时,改进控制器的设计,使用增益调度方法实现转子平稳通过刚性临界转速,并通过有效降低控制器在转子工作频率附近的增益,使转子在高速下能近似围绕质量中心转动,避免电磁力的饱和。最终实现了强非线性条件下磁轴承电动机的高速稳定运行。     

主动磁轴承转子系统动力学特性的研究

以电磁轴承支承下的高速转子系统为分析对象,以传统的转子动力学分析理论和方法为基础,结合电磁轴承系统分析理论和方法,研究电磁轴承支承条件下转子系统的动力学特性。应用基于系统传递函数的刚度、阻尼特性分析理论和方法,建立用于分析电磁轴承转子系统动力学特性的理论和方法。并对一个实用型１５０ｍ３制氧透平膨胀机样机的研制和试验进行指导和结果验证。     

基于结构动态特性的磁力轴承转子系统的设计

分析了径向磁力轴承动力学特性,计算了磁力轴承的刚度系数和阻尼系数。在此基础上,对磁力轴承的转子结构动态特性进行了有限元分析。提出了基于结构动态特性的磁力轴承转子控制系统的设计方法。     

数控磁力轴承系统与抑制不平衡响应试验研究

介绍了自行研制的数字控制磁力轴承转子试验台特性以及进行的试验研究.建立了非线性环节和数字控制器的切实数学模型.采用多种理论分析方法以确定控制器参数,取得良好效果.实现了16kg水平转子的稳定悬浮和运转,转速达12 kr/min.设计了一种利用数字控制的磁力轴承对转子的不平衡响应抑制的方法.试验表明,该方法能使转子平稳运转,旋转精度大为改善,而且实施简便.     

智能旋翼连续时间高阶谐波控制稳定性分析

后缘襟翼智能旋翼是一种行之有效的直升机旋翼振动主动控制技术,高阶谐波控制算法广泛应用于智能旋翼振动控制领域,其控制器参数直接影响振动控制性能和稳定性。基于后缘襟翼智能旋翼悬停实验数据,笔者经拟合得到智能旋翼系统的传递函数,建立智能旋翼参数化仿真模型,并进行了垂向载荷振动控制仿真。通过系统开环传递函数Nichols图的方式对振动控制系统的稳定性和稳定裕度进行了分析,在保证振动控制性能的前提下,获得了控制器时间常数和相角特性对控制系统稳定裕度的影响规律,为后续智能旋翼振动控制实验中控制器参数调整提供参考。