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的振动位移响应;接着进行了数值仿真,分析了基础平动激励条件下电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应特性,并验证了所设计的自适应控制器在基础平动激励条件下对电磁轴承-柔性转子系统振动的控制效果。研究结果表明:在基础平动激励条件下,电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应与激励频率、激励幅值、激励相位等有关;该自适应控制器能够有效地抑制基础平动激励条件下电磁轴承-柔性转子系统的振动位移响应。     

基于自适应浸入和不变理论的转子多频振动靶向抑制

旋转机械转子在运行过程中受到周期性干扰力的激励，振动频率多与转子转速相关，呈现出同频、整数倍频和分频的特点。针对旋转机械所受的多频激励，将转子振动的各频率成分作为抑制靶点，将电磁作动器作为执行机构，提出一种基于自适应浸入和不变理论的转子多频振动靶向抑制方法。该方法在笛卡尔转换坐标系下对多频激励进行矢量分解，将高阶非线性系统浸入到低阶目标系统，且设计的控制算法使目标系统的像具有不变流形吸引性。设计陷波滤波器，提取振动信号的频率成分，该滤波器可根据实时转速自调整陷波频率，以应对转速波动的影响，满足多转速抑制的需要。建立转子-轴承-电磁作动器系统的有限元模型以及实时控制试验台，仿真和试验结果表明，所提方法可以有效地抑制转子多频振动，且鲁棒性较好。     

混合轴承-转子运动轨迹的RBF神经网络控制

提出了动静压混合滑动轴承支承-转子运动轨迹控制技术和方法,以期用于转子振动控制和非圆截面零件加工。通过调节主动节流器的参数,改变轴承油腔的压力、流量,影响轴承封油面上的压力分布,控制转子按预定轨迹运动。建立了轴承-转子系统的动力学模型,给出了基于最小资源分配（MRAN）和扩展卡尔曼滤波（EKF）的径向基函数（RBF）神经网络自适应控制策略,在线辨识系统参数,以适应其非线性、参数未知特点。计算结果表明,RBF神经网络控制器具有良好的非线性逼近能力;转子不平衡响应或外部同步激励力引起的振动得到了有效抑制,得到了较为精确的转子非圆轨迹跟踪结果。     

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。     

变刚度支承下电磁轴承-转子系统振动特性研究

旋转机械在运转过程中会在同频或倍频的扰动下产生转子振动,而电磁轴承具有刚度、阻尼可调的优势,能为抑制转子振动提供一种研究思路.以电磁轴承-转子系统为研究对象,验证了PID控制参数与等效刚度之间的关系,并分析控制参数对等效刚度的影响;将电磁轴承支承下刚性转子、柔性转子模型结合有限元分析软件进行对比分析,研究等效刚度对转子...     

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.     

无轴承异步电机转子质量偏心振动补偿控制

为解决由机械不平衡引起的无轴承异步电机转子质量偏心振动问题,提出了一种基于自适应最小均方(least-meansquare,LMS)滤波器产生振动补偿信号的控制方法。首先分析了无轴承异步电机不平衡振动产生机理,从检测到的位移信号中分离出与转速同频的振动信号分量,再利用自适应LMS滤波器产生一个与其同频同幅同相位的补偿信号去消除振动信号分量,从而达到振动抑制的目的。最后在MATLAB/Simulink工具箱中对该控制方法进行了仿真研究,并在一台试验样机上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所提基于LMS算法的自适应滤波器能够有效地降低转子径向振动位移的峰-峰值,并且能减小位移控制回路的电流,从而验证了所提方法的正确性与有效性。     

基于LQG与LMS的电磁轴承系统振动控制研究

电磁轴承传统的PID控制器鲁棒性不足,对不平衡振动难以有效抑制,针对这一问题,开展了基于线性二次型高斯(LQG)控制与最小均方(LMS)算法的电磁轴承转子系统振动控制研究.首先,基于有限元方法建立了转子系统模型,并对模型进行了降阶;随后,考虑传感器与功率放大器模型及参数的影响,与转子系统模型耦合,建立了系统的综合模型,...     

滚动轴承-转子系统非线性参数、强迫联合振动

建立考虑非线性轴承力、径向游隙、变柔度等非线性因素和不平衡力的滚动轴承-转子系统动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解,利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析参数、强迫联合激励的滚动轴承-转子系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性.结果表明,滚动轴承-转子系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;随着径向游隙的增大,转子系统的非线性特性增强;不平衡力较小时,系统中参数振动占主导地位,增大不平衡力有利于抑制转子系统的不稳定振动.随不平衡力的增大,强迫振动逐渐增强,大的不平衡力会诱发系统产生混沌振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔.     

新型同位阻尼磁轴承模型及其特性研究

针对以往磁轴承转子系统的振动抑制能力不足的问题,对新型同位电磁阻尼和单自由度磁轴承转子系统进行了研究,提出了一种同位电磁阻尼并应用到抑制磁悬浮转子的振动中。基于以往阻尼力模型重新推导了同位阻尼力数学模型,考虑了线圈电流变化对阻尼力模型的影响,并利用磁矢位计算使阻尼力模型更加精准,分析了同位阻尼力在转子上的分布情况及与电流和位移的关系。将同位阻尼与单自由度磁轴承相结合,建立了新型同位阻尼磁轴承模型,利用该磁轴承模型对同位阻尼抑制转子振动能力进行了分析。仿真结果表明,新型磁轴承模型中的同位阻尼能够将转子最大振动位移偏差从无阻尼时的1.65×10-5m减小到2×10-6m,明显地减小了转子系统的位移偏差,能够达到增强磁轴承转子系统抑制振动能力的目的。     

电液伺服振动台加速度谐波抑制

由于电液伺服振动台中存在着伺服阀死区、连接铰间隙和摩擦力以及液压缸摩擦力等非线性因素,导致振动台在正弦信号激励下,其加速度响应信号中存在高次谐波失真现象。在对死区、间隙、摩擦补偿相关文献的研究基础上,针对加速度信号中的高次谐波,提出了基于自适应陷波器技术的自适应谐波抑制策略。其参考信号频率为要抑制的谐波频率,利用最小均方自适应滤波算法,根据输入加速度信号与反馈加速度信号间的误差信号,实时在线调整自适应滤波器的权值。参考信号经过自适应滤波器的加权作用,得到自适应滤波器的输出,它是一个谐波复制信号,并与输入加速度信号相加,以抑制输出加速度信号中的谐波,进而使总谐波失真度大大降低。     

基于自适应LMS滤波器的无轴承异步电机转子质量偏心振动补偿控制

为解决由机械不平衡引起的无轴承异步电机转子质量偏心振动问题,提出了一种基于自适应最小均方(least mean square, LMS)滤波器产生振动补偿信号的控制方法。首先分析了无轴承异步电机不平衡振动产生机理,从检测到的位移信号中分离出与转速同频的振动信号分量,再利用自适应LMS滤波器产生一个与其同频同幅同相位的补偿信号去消除振动信号分量,从而达到振动抑制的目的。最后在MATLAB/Simulink工具箱中对该控制方法进行了仿真研究,并在一台试验样机上进行了实验验证。仿真和实验结果表明,所提基于LMS算法的自适应滤波器能够有效地降低转子径向振动位移的峰 峰值,并且能减小位移控制回路的电流,从而验证了所提方法的正确性与有效性。     

高速滚动轴承-转子系统时变轴承刚度及振动响应分析

高速滚动轴承广泛应用于机床主轴、航空发动机等转子系统中。在复杂运行工况下,滚动轴承的刚度表现出强烈的时变特性和非线性特性,往往是系统非线性的主要根源。考虑离心力、陀螺力矩、轴承内圈离心膨胀和热变形等因素,建立高速滚动轴承力学模型,计算轴承的时变刚度。将滚动轴承非线性模型与转子有限元模型集成,建立滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。以FAG角接触球轴承(HCB7012E)为例,分别计算静载荷作用下的内外圈轴向、径向相对位移,并与舍弗勒轴承分析软件BearinX?的计算结果进行比较,验证了模型对静态位移仿真的精度。在不同轴承预紧状态下,仿真滚动轴承-转子系统在不平衡激励下的振动响应,并与试验结果比较,验证了模型仿真系统动态响应的精度。利用一个背对背安装的角接触球轴承-转子系统,研究在静载荷、不平衡载荷激励作用下滚动轴承刚度的变化规律,并计算时变轴承刚度作用下转子的时域振动响应及频域特征,为高速滚动轴承-转子系统设计、动力学分析与故障诊断提供依据。     

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。     

一种可控滑动轴承-转子系统性能计算方法*

针对可控滑动轴承油膜性能计算困难问题,提出一种考虑基础参振的滑动轴承性能计算的动网格模型,阐述网格更新原理,给出可控滑动轴承所支撑转子系统轴心轨迹的计算方法。在滑动轴承-转子-基础系统的性能计算时,该方法保证油膜径向网格线和轴颈表面垂直,能减小轴承油膜性能计算的累计误差。通过不平衡载荷条件下的转子轴心静平衡位置计算结果与油膜力数据库方法、经典数据进行对比,验证了该模型的正确性,并利用该方法分析受正弦位移激励的滑动轴承-刚性转子系统的工频振动情况。结果表明：选择合适相位和幅值的正弦位移激励来控制轴承座,可减小转子系统的不平衡振动。这为基于超磁致伸缩材料的轴承、基于压电陶瓷材料的轴承、柔性铰链可倾瓦轴承等可控轴承-转子系统的性能计算提供了一种新方法。     

基于显式有限元的转子不平衡与轴承故障耦合分析

为分析转子不平衡与轴承故障耦合振动特征及产生机理,在对转子不平衡与轴承故障耦合状态下受力分析的基础上,基于虚位移原理的增广拉格朗日法建立轴承运动控制方程,运用LS-DYNA建立转子-轴承系统二维显式动力学有限元模型,分析了故障耦合状态下轴承振动加速度、转子轴心运动轨迹,探明了转子不平衡-轴承缺陷耦合故障冲击响应特征及转子轴心运动轨迹突变机理,并通过试验进行了验证。结果表明:转子不平衡与轴承外圈故障耦合状态下,轴承座测点位置故障特征频率被转频调制,冲击幅值随转频变化;转子轴心轨迹呈椭圆形,且缺陷位于轴承承载区时,转子轴心轨迹存在突变。     

采用压电叠堆的电主轴振动主动控制研究

电主轴轴承-转子系统在工作过程中受到多种振动激励的干扰,严重影响被加工零件的加工精度及可靠性。采用压电叠堆对电主轴轴承-转子系统的动态振动特性进行干预,建立了包含压电叠堆的电主轴轴承-转子物理模型,并运用有限元法建立了电主轴轴承-转子-压电叠堆机电耦合动力学模型。根据线性二次型最优控制(Linear Quadratic Regulator,LQR)理论设计了针对系统的输出反馈控制律,最终建立了高速电主轴轴承-转子系统振动主动控制模型,并运用Matlab软件进行了控制仿真,仿真结果表明:该控制方法在集成了压电叠堆的电主轴振动控制中取得了明显的控制效果。     

汽车水泵滚动轴承-转子系统的动力学性能分析

汽车水泵的工作性能是汽车发动机性能的关键环节之一。以WR3258152型汽车水泵轴承转子为研究对象,建立了力学计算模型和载荷计算模型公式,对其进行受力分析。建立了水泵滚动轴承-转子系统的动力学模型,对其进行了离散化和线性化处理。用改进的传递矩阵法分析了轴承-转子系统弯曲振动的固有频率、模态阵型和不平衡响应,分析了风扇和带轮偏心不平衡量的大小对转子系统横向振动响应振幅的影响。     

鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-转子系统振动分析

考虑圆柱滚子轴承非线性接触力、保持架能量、鼠笼刚度、转子不平衡以及它们之间的力学耦合关系,基于拉格朗日方程建立鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-单转子系统动力学分析模型,结合龙格库塔数值积分方法,并对该模型动力学仿真分析,分析了不同转速区域鼠笼式弹性支承-滚动轴承-转子系统振动响应的分岔特性,结果表明:两支点的鼠笼式弹性支承-圆柱滚子轴承-单转子系统受到组合支承非线性支承力的激励作用下,呈现丰富多样的运动周期变化,相比于高转速区域的系统振动响应,低转速区域的系统振动响应混沌现象更易出现。高转速区间可以对系统建模分析进行线性近似处理,更方便地对系统振动进行控制与优化。     

轴承安装配合方式对电主轴轴承-转子系统振动的影响

轴承-转子系统是决定电主轴单元工作性能的核心部件,而轴承的安装配合关系会直接影响系统的运行精度。考虑热膨胀和轴承内、外圈配合方式,建立了电主轴轴承-转子系统动力学模型,分析了内圈过盈配合和外圈间隙配合对转子振动特性的影响,并通过试验验证了模型的正确性。结果表明：转子振幅随内圈配合过盈量增大而减小,随外圈配合间隙量增大而增大,且外圈配合间隙量对转子振动影响更大;考虑热膨胀时的转子振幅小于不考虑热膨胀时的转子振幅。