变支承磁悬浮转子超临界运行仿真研究

针对工业中转子系统在跨越一阶临界转速时,振动幅度过大及失稳的问题,通过对转子系统平稳跨越一阶临界转速方法的归纳和研究,提出了一种基于主动控制下的磁悬浮轴承—转子系统变支承跨越一阶临界转速的方法。首先建立了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统数学模型,并分析了两支承转子系统和三支承转子系统跨越一阶临界转速时的响应特性;然后利用ADAMS和Matlab联合仿真了主动控制下的变支承磁悬浮转子系统跨越一阶临界转速时的振动特性。仿真研究结果表明:变支承磁悬浮转子系统在超临界运行时具有良好的减振效果,与传统两支承转子系统相比,其最大振幅减小了52.6%。     

磁悬浮轴承转子动力学分析及其主动控制研究

转子是磁悬浮轴承系统旋转机械的核心部件,其性能与系统稳定性及各项技术指标紧密相连。磁悬浮轴承转子系统以其高转速,高功效的特点已成为当代旋转机械系统的核心,有效提高其安全性能已经成为研究因素里的重中之重。综述了磁悬浮轴承转子系统动力学特性研究内容的现状和研究方法的应用,以及转子振动主动控制的几种方式,分别针对每个要素的不同研究方法做出了分析与总结,旨在对磁悬浮轴承转子振动控制技术的发展趋势进行展望。     

电磁轴承-无轴承电机系统在转子主动控制的应用研究

主动磁轴承借助电磁力来控制转子的振动,无轴承电机在实现转矩控制的同时实现电机的悬浮控制。本文在对永磁偏置三自由度电磁轴承和两自由度无轴承电机的磁悬浮机理一般性描述的基础上,分析了其产生的悬浮控制力。并以转子电磁振动为研究对象,结合电磁轴承和无轴承电机的特点,提出利用一种新型的五自由度磁悬浮异步电机作为执行机构对转子电磁振动进行主动控制,实现了转子系统稳定工作。此系统可以有两方面的应用,既可以用做转子的支承,也可以用做转子振动主动控制的增稳。     

磁悬浮高速电动机转子-轴承系统耦合振动特性研究

为研究磁悬浮高速电动机转子-轴承系统临界转速附近的振动特性,将简化的转子-轴承系统模型导入ANSYS Workbench中,对系统临界转速附近的振动情况进行仿真分析,基于MATLAB对改变轴承支承位置后的振幅进行了数值模拟。结果表明:转子-轴承系统中轴承支承位置垂直方向的变化对振幅的影响比水平方向大,且不同支承点的轴承位置的改变对转子临界转速附近振幅的影响不同。     

基于ANSYS的磁悬浮轴承转子系统的动力学特性研究

针对一个实际应用的磁悬浮支承柔性转子系统,进行多组参数条件下的有限元模态分析,分别得到系统的前8阶临界转速与模态振型。将有限元计算结果与试验结果进行对比分析,验证了有限元分析的正确性。通过对该磁悬浮转子系统的有限元分析表明:"轴承主导型"的低阶临界转速及振动模态是由轴承控制器各控制通道决定的;而"转子主导型"的高阶临界转速及振动模态符合传统的轴承转子系统动力学特性普遍规律。     

磁力轴承-转子-基础系统的耦合动力学分析

研究了基础运动对磁力轴承转子系统动力学特性的影响,结合转子运动方程和系统控制器的电学微分方程,分析了陀螺效应、传感器与磁轴承非共点安装对系统动力学性能的影响,建立了磁悬浮轴承-转子-基础系统的机电耦合动力学模型,应用所建模型对5自由度磁悬浮转子系统进行了动力学性能分析。结果表明,基础的支承刚度对转子的摆动频率及临界转速影响显著,该模型适用于5自由度磁悬浮轴承-转子-基础系统的动力学性能研究。     

适应于飞轮储能系统的主动磁悬浮轴承专家控制方法研究

针对电磁力支撑的轴承转子因加工精度影响存在不平衡及定子线圈缠绕不均匀,导致相同PID控制参数不同转速下,支撑效果不一的问题,提出一种应用于主动磁悬浮轴承的分工况智能PID专家控制方法,使主动磁悬浮轴承控制系统具备一定抗干扰和抗积分饱和的能力。根据主动磁悬浮轴承的工作特点,将其转速分成若干区间,对每一个区间参数预整定,通过专家控制方法实现对控制器参数在线修正。以600Wh飞轮储能径向磁悬浮轴承为实验对象,提取的转子轴心轨迹表明:由于在控制器设计时考虑了转子不平衡和定子缠绕不均对系统的影响,系统具有较好的动态和静态特性的同时提高了系统抗干扰能力。     

H∞控制理论在磁悬浮轴承系统中的应用研究

讨论了鲁棒H∞控制理论灵敏度和补灵敏度加权因子的选择方法，设计了磁悬浮轴承系统的H∞控制器；研制了基于PC机的磁悬浮轴承实时数控系统，用C语言设计了H∞控制器的软件。仿真结果表明，采用H∞控制，系统具有良好的动态性能、较强的鲁棒性和抑制转子振动的能力。对一个五自由度的磁悬浮轴承系统进行试验研究，结果表明，采用H∞控制器成功实现了五自由度磁悬浮轴承系统的稳定悬浮，在最高转速30000r／min时转子的振动峰峰值小于60μm。     

磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法与试验研究

针对磁悬浮飞轮不平衡振动会造成飞轮系统的同频扰动,影响卫星姿态控制精度与卫星载荷精度的问题,提出一种开环轴承力补偿的磁悬浮飞轮不平衡振动控制方法。将抑制轴承力中的同频量作为控制目标,通过建立含有不平衡量的磁悬浮飞轮系统动力学模型,分析刚性转子不平衡量的特性,在自适应陷波器基础上,加入位移刚度力补偿机构、开闭环控制和位移刚度力补偿控制两个作用开关,在整个转速范围内对轴承力中的同频量进行抑制。本方法特别适合磁悬浮飞轮输出姿态控制力矩时频繁穿越临界转速的特点,尤其适合磁悬浮反作用飞轮的应用。仿真分析和试验结果表明,本方法在整个转速范围内对飞轮转子的不平衡振动起到很好的抑制效果。     

主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统振动主动控制

针对主动磁悬浮轴承-储能飞轮转子系统的不平衡振动控制,提出一种基于最小均方误差(LMS)的自适应变步长算法实现全工作转速范围内的振动控制方法.在标准LMS算法的基础上采用一种新的步长因子迭代公式,基于该步长因子下的LMS算法实时识别转子位移信号中与转速同频的振动分量,在位移信号进入控制器之前,通过反馈对这一分量进行不平...     

挠性转子变刚度阻尼支承系统振动主动控制（二）：次优控制规律

从理论上研究了采用变刚度阻尼支承主动控制转子——轴承系统的振动问题,分析和提出了在振动最优主动控制规律的有效频率范围以外,对转子——轴承系统进行次优振动主动控制的策略思想,及变刚度阻尼支承振动次优主动控制规律。根据此规律,从理论上阐明了采用变刚度阻尼支承,对转子——轴承系统进行过临界转速时的振动主动控制的原理和依据。作为示例,就一个三圆盘双支承的转子系统进行计算机仿真。仿真结果说明了本文分析的正确性及其对采用变刚度阻尼支承系统实现挠性转子振动主动控制的的理论指导意义。     

基于ANSYS的鼓风机电动机永磁轴承-转子系统动力学分析

为探讨某功率250 kW、工作转速16 050 r/min的永磁悬浮鼓风机电动机的安全性,基于转子动力学理论建立鼓风机电动机用永磁轴承-转子系统运动微分方程,同时介绍了轴承-转子系统刚度计算需要考虑的各滚动轴承的综合刚度及永磁轴承刚度的计算方法。并基于ANSYS中的Block Lanczos法对转子系统的固有频率及振型进行分析,结果表明:系统正常工作转速小于0. 7倍的1阶临界转速,满足要求。试验验证表明,该永磁悬浮鼓风机可正常运行。     

金属橡胶环和磁悬浮阻尼器对磁轴承转子系统不平衡振动的影响

在磁悬浮轴承柔性转子系统中同时引入金属橡胶环和磁悬浮阻尼器,通过理论计算和系统高速旋转实验分析了金属橡胶环和磁悬浮阻尼器对系统不平衡振动的影响。研究结果表明:在一定范围内,转子在第一阶弯曲模态频率处的振动随金属橡胶环刚度和阻尼的变化而明显改变;同时引入金属橡胶环和磁悬浮阻尼器可显著减小转子在前两阶弯曲临界转速运行时的振幅,有助于简化磁轴承的控制策略,保障系统安全稳定的运行。     

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.     

垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统转子临界转速研究

基于转子动力学理论,建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的动力学模型。应用ANSYS Workbench有限元分析软件建立垂直轴磁悬浮风力机辅助支撑系统的轴承-转子-磁力盘有限元模型。应用模态分析的方法,研究了辅助轴承的安装位置对垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的影响。给出了辅助轴承的位置与垂直轴辅助支撑系统转子临界转速的变化规律。为研究垂直轴磁悬浮辅助支撑系统的结构设计以及安装维护提供了理论依据。     

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.     

700kW磁悬浮离心鼓风机转子动力学设计与测试（英文）

磁悬浮轴承以其无摩擦、不需润滑的特点,成为离心鼓风机的最佳方案之一。磁悬浮鼓风机的行业标准和工业需求,对磁悬浮轴承的设计提出了较高的要求。针对鼓风机的特点,设计了5自由度主动控制的磁悬浮轴承,通过转子动力学计算分析了转子的动力学特性,通过系统辨识获得了准确的系统模型,通过主动控制达到了良好的控制效果。实验测量表明,采用磁悬浮轴承支承的高速离心鼓风机的性能完全达到了工业要求。     

主动磁悬浮轴承系统保护轴承热特性研究及减摩设计

针对主动磁悬浮轴承系统(AMBs)转子跌落过程中转子与保护轴承碰摩产生巨大冲击、振动和大量摩擦热,易使保护轴承失效的问题,对立式转子跌落到保护轴承过程中的热特性进行了研究,分析了转子跌落对保护轴承造成破坏的主要影响因素,进而提出了一种采用磁控溅射技术在保护轴承关键表面沉积固体润滑薄膜(类石墨碳基薄膜,GLC)的减摩方法,并对镀膜、未镀膜的保护轴承进行了转子跌落试验。研究结果表明：跌落转速为20 000 r/min时,保护轴承的最高温度为210.60℃,出现在转子与轴承内圈端面高速碰摩阶段,该温度超过了轴承钢160℃的回火温度,导致轴承烧伤而失效。在跌落试验中,镀有GLC薄膜的自润滑保护轴承试验后的沟道和端面外观明显优于未镀膜保护轴承,由碰摩发热导致的内圈端面硬度下降也较轻,质心轨迹和轴向位移更加平稳,温升更低,GLC薄膜起到了关键的自润滑和减摩功能,提高了保护轴承的使用寿命和服役可靠性,为解决主动磁悬浮轴承系统中保护轴承易失效而发生重大事故的问题提供了一种思路和方法。     

基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略研究

建立磁悬浮飞轮电池试验台,通过理论分析和高速旋转试验,研究了交叉反馈控制策略对飞轮转子陀螺效应的抑制作用和对磁悬浮轴承转子系统动态性能的影响。在交叉反馈控制算法的基础上引入变偏置电流控制方式,根据系统在不同转速下的动态性能,调整磁悬浮轴承的偏置电流,使得磁悬浮轴承具有较低的涡流和磁滞损耗,同时系统也能够平稳越过临界转速。研究表明,采用基于变偏置电流方式的交叉反馈控制策略,能够保证飞轮电池系统具有较好的综合性能。     

重复控制在磁悬浮高速转子振动抑制中的应用

针对高速磁悬浮电机磁轴承的不平衡振动问题,分析了磁悬浮电机转子不平衡振动的周期性特性,建立了磁轴承不平衡力模型,提出了一种用于抑制高速磁悬浮电机磁轴承不平衡振动的插入式重复控制器,对闭环系统的稳定性、稳态性能和干扰抑制能力进行了分析,并进行了仿真和实验验证。在4kW磁轴承电机上进行的实验结果表明,该重复控制器有效地抑制了转子的不平衡振动,在10kr/min的转速下,转子x,y向位移峰峰值分别减小了33%和37%,转频处转子x,y向位移振动峰值分别减小了42.1%和45.4%,有效提高了磁悬浮轴承的控制精度和稳定性。