工业磁轴承电涡流阻尼伴随特性研究

针对工业磁轴承中电涡流阻尼效应暂态认知难的问题,通过分析电涡流阻尼的伴随特性定量评价了其在磁轴承控制过程中的作用。首先引入磁矢位对电磁感应定律中的线积分和面积分不同表述形式的电涡流进行了统一,进而推导了工业磁轴承在PWM控制下的工作由电流的交变特性引起电生阻尼和机械振动引起的动生阻尼简化数学模型;然后通过Matlab-Simulink对单自由度磁轴承仿真分析,并且与同控制条件下未考虑涡流效应的模型进行了对比;最后通过冲击响应仿真实验验证了伴随效应,定量评价抑制振动和工作电流特性。研究结果表明,暂态过程中动生阻尼和电生阻尼对工业磁轴承存在着自稳效应,加快了控制电流稳态响应;另外计入电涡流阻尼效应的转子振动位移峰值相对未计入的降低了10.23%。     

永磁偏置混合磁轴承刚度与阻尼特性研究

本文主要分析了高速电机永磁偏置混合磁轴承的结构和工作原理,根据混合磁轴承的磁路特性,推导了磁场吸力与位移和电流之间的关系,并结合控制器参数得出了磁轴承刚度与阻尼计算式,最后通过实例仿真了刚度阻尼特性的特性曲线,为高速转子的动力学分析提供了理论支持。     

基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计

针对永磁偏置轴向径向磁轴承集成度高、结构紧凑、磁场分布不规则、偏置磁场和控制磁场存在耦合的特点,根据二维仿真结果,在精细划分磁轴承漏磁路径和软磁路径的基础上,构建了包括漏磁磁阻和软磁磁阻的精确磁路。利用精确磁路可观测各磁路中的磁通分布的优势,有针对性地调整磁轴承的各结构参数,实现其设计的优化,减少对初步参数的重复有限元仿真。对设计样机进行的三维有限元仿真结果表明:基于精确磁路的永磁偏置轴向径向磁轴承设计正确合理。     

推力磁轴承的力学特性及其对径向磁轴承的影响

讨论了计入推力盘静态倾斜影响后的推力磁轴承的力学特性,导出了其静、动特性的系数公式,并结合某涡轮膨胀机的推力磁轴承进行了实例计算。结果表明,推力盘的静态倾斜对推力磁轴承的力学特性产生显著影响,并改变径向磁轴承的静负荷分配,使得推力磁轴承与径向磁轴承之间产生强烈的耦合作用。该结果可用于5自由度磁悬浮轴承－转子系统的机电耦合动力学研究。     

基于速度阻尼的位置/压力切换控制模型

位移与压力之间的稳定快速切换直接影响自动化设备的运动速度与定位精度。针对传统直接力/位切换的不足,提出了一种基于速度阻尼思想的位移与压力切换控制方法。该方法通过改变速度环的参数来改变阻尼参数,实现了位置/压力控制的平稳切换。更重要的是,压力加载过程中,该控制具有明显的振动抑制作用。试验结果表明,与直接力/位切换方法相比,采用速度阻尼方法的控制系统更精确与快速,压力加载阶段力的波动接近±0.3N。     

新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性

研究一种集成转子径向扭转与轴向平动控制功能的新型永磁偏置轴向磁轴承的磁力特性,以解决磁轴承系统的轴向尺寸和精度之间的矛盾。采用等效磁路法进行磁轴承的磁路建模,在建立磁极气隙表达式的基础上采用积分型方法进行磁阻计算以提高计算精度,并根据磁路模型给出磁轴承磁力的积分型计算公式,得到轴向磁轴承闭环系统的磁力特性曲线。对某飞轮用磁轴承系统的分析表明:磁轴承磁力与磁极气隙和控制电流间具有良好的线性关系,且各控制通道近似解耦,与典型磁轴承结构相比,利于磁轴承系统控制精度的提高和轴向尺寸的减小,适用于磁悬浮飞轮系统。     

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。     

船舶模型阻尼减振试验研究

采用船舶模型粘贴橡胶阻尼材料进行整船舱室减振试验研究,分别采集了甲板和舱底的振动加速度,计算得出了粘贴橡胶阻尼材料前后的减振量。试验研究表明,阻尼材料对不同频率段和不同舱室会产生不同的减振效果,这对阻尼技术在船舶减振工程上的应用具有一定的指导意义。     

汽轮机摩擦阻尼叶片振动特性研究

利用摩擦阻尼对汽轮机叶片进行减振是一种简单而又行之有效的方法.文中研究了汽轮机摩擦阻尼器叶片在谐波激励作用下的振动特性.利用平均法求解系统主共振稳态响应方程,分析了系统参数与响应之间的关系.结果表明,系统参数取适当值时,阻尼器会处于最优的摩擦接触状态,获得较好的减振效果.所得结论对工程应用具有一定的指导意义.     

夹层阻尼结构抑振特性研究

利用等效复合刚度法,对多夹层阻尼结构的抑振特性进行了理论推导,并对不同夹层阻尼结构的等效复合刚度和损耗因子进行了仿真计算,分析了不同的夹层材料和几何参数对结构抑振量的影响。研究表明,增加多夹层组合结构的夹层层数对组合结构损耗因子的提高量有限;适当增加夹层的厚度可改善组合结构抑振性能;变化夹层的材料,采用较硬的约束层和较软的阻尼层可显著提高组合结构的抑振量。     

基于滑模扰动观测器的磁轴承主动振动控制

由于磁悬浮控制力矩陀螺转子的不平衡振动会造成控制力矩陀螺系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度,本文提出了基于滑模变结构扰动观测器的磁轴承主动振动控制方法.首先,对不平衡扰动力和力矩作用下的磁轴承-转子系统进行建模;接着,设计了滑模变结构扰动观测器观测不平衡扰动力和力矩;然后,利用跟踪微分器估计位移传感器输出信号的微分获取速度信号,降低观测器的阶数;最后,将滑模扰动观测器的输出引入磁轴承控制器,对观测得到的同频不平衡扰动力和力矩进行补偿.仿真和试验结果均表明,设计的滑模变结构观测器实现了对不平衡扰动的观测,通过控制器有效地实现了对不平衡扰动的补偿,减少了72％的同频振动.     

Dynamic characteristics of the rotor in a magnetically suspended control moment gyroscope with active magnetic bearing and passive magnetic bearing

For a magnetically suspended control moment gyroscope, stiffness and damping of magnetic bearing will influence modal frequency of a rotor. In this paper the relationship between modal frequency and stiffness and damping has been investigated. The mathematic calculation model of axial passive magnetic bearing (PMB) stiffness is developed. And PID control based on internal model control is introduced into control of radial active magnetic bearing (AMB), considering the radial coupling of axial PMB, a mathematic calculation model of stiffness and damping of radial AMB is established. According to modal analysis, the relationship between modal frequency and modal shapes is achieved. Radial vibration frequency is mainly influenced by stiffness of radial AMB; however, when stiffness increases, radial vibration will disappear and a high frequency bending modal will appear. Stiffness of axial PMB mainly affects the axial vibration mode, which will turn into high-order bending modal. Axial PMB causes bigger influence on torsion modal of the rotor.     

复合式电磁馈能悬架阻尼器的设计与测试

车辆的节能低碳技术是当今的研究热点,针对悬架系统耗散功率大等实际问题,提出了一种基于Halbach永磁阵列的复合式电磁馈能悬架阻尼器,将电涡流发生结构与电磁式能量采集装置结合起来,研究了馈能阻尼性能与电涡流阻尼器的相互关系。建立了电磁式能量采集装置的等效磁路模型,定义了两组永磁体之间位错率,研究位错率对复合阻尼器的输出电性能和电涡流结构涡流损耗的影响。最后制作样机并搭建阻尼测试平台,样机的阻尼系数调节范围约为500～1 270 N·s/m,在位错率γ=1的条件下达到约1.7 W(频率f=5 Hz、振幅Y=6 mm的简谐振动激励)的最大能量采集功率,最大比质量阻尼系数可以达到1 427.0 s~(-1)。该复合式电磁馈能悬架阻尼器为以后的悬架能量回收及电磁阻尼器设计等方面的研究提供了一种新的思路。     

电磁轴承系统中的辅助轴承与振动影响

出于安全性考虑,实验或应用中的电磁轴承系统通常需要考虑安装辅助轴承。由于辅助轴承并非具有实质性的支承作用,因此一般情况下,在电磁轴承系统设计时,对辅助轴承的振动情况及其对整个磁悬浮系统的影响考虑是极少的。通过一台磁悬浮铣床电主轴样机的实验结果表明,辅助轴承的振动影响有时不仅不能忽略,甚至它对系统的安全运行的影响是至关重要的。     

Design and test of a solid material damper for a rotor bearing system

For a rotor bearing system operating at high speed, a solid material flexible damped support called here a solid material damper has been designed and tested. The properties of the damper can be selected and adjusted to provide the necessary damping levels to get the vibration of the rotor under control. This is especially useful for a flexible rotor running in the vicinity of a critical speed or over the threshold speed obtained from calculations on the basis of linearized hydrodynamic forces. The damper was fabricated and installed and its ability to restrain effectively the rotor from vibration was demonstrated by means of an operating test.     

多自由度磁流变阻尼器设计及其阻尼特性研究

设计了一种新型磁流变阻尼器,可适应于多自由度振动控制.阻尼器采用了分体式结构设计,解决了磁流变液沉淀、过热、布线困难、阻尼通道设计不尽合理等问题,有着易安装、散热好、结构简单、效率高等优点.根据Bingham模型对磁流变阻尼器进行了建模,并采用Simulink进行仿真,分析了控制电流、激振频率和振幅对阻尼器阻尼特性的影响.     

汽车涡流减震器力学性能研究

本文以涡流减震器的力学性能为研究对象,减震器的力学性能好坏是通过减震器的阻尼特性曲线(也就是阻尼—速度曲线)来判定的。利用Ansoft软件模拟仿真涡流减震器在不同振动速度下的阻尼力大小。根据不同速度下的阻尼力大小绘制阻尼—速度曲线,然后进行阻尼特性的研究。通过仿真结果分析,涡流减震器的阻尼特性符合设计要求。     

Electrorheological damper for the ultra-precision air bearing stage

This paper illustrates how the electrorheological damper substantially improves the performance of the ultra-precision air bearing stage. Smart materials such as electrorheological fluids have attracted many researchers’ attention because of their resistance changeable performance in different electric fields. Meanwhile, the ultra-precision air bearing stage driven by the linear-motor is characterized by zero mechanical damping and poor anti-disturbance. To solve this problem and consider the characteristics of electrorheological fluids, an electrorheological damper is proposed in this paper. The electrorheological damper’s characteristics in high electric fields are obtained based on the Eyring constitutive model, which smoothly transits from the pre-yield to post-yield region. To enhance the performance of the electrorheological damper, which takes effect only when the stage is going to decelerate or position, the on-off and sliding mode control methods design and optimize the controller. The results prove that by using the advanced sliding mode control method, the characteristics of the ultra-precision air bearing stage can be effectively improved through the introduction of the electrorheological damper.     

大承载轴向混合磁力轴承磁性能分析

针对大承载储能飞轮对混合磁力轴承的设计要求,及考虑到混合磁力轴承的对称性,利用ANSOFT软件中的2D模块对其进行建模,并分析了磁力轴承在平衡位置工作点的磁密线分布,磁密分布及漏磁。分析结果表明该磁轴承整个磁路为不饱和,设计合理,以及计算得出漏磁系数相对较大,这是由于磁悬浮轴承整体结构较大,磁路较长,气隙大等原因造成的,该分析为后续的设计提供了可靠的依据。