磁力轴承的发展及应用

综述磁力轴承的基本原理、优越性、分类、发展历史以及国内外应用研究现状,特别是磁力轴承在转子振动主动控制中的应用—电磁动力吸振器;提出电磁动力吸振器固有频率控制的新方法—间隙控制法,即保持电磁铁线圈电流不变,只通过调整电磁动力吸振器与转子之间的间隙来改变动力吸振器的固有频率;详细论述了采用间隙控制法的间隙控制型电磁动力吸振器的结构和原理。通过分析刚度计算公式,表明采用间隙控制法的电磁动力吸振器,固有频率调节范围宽,系统功耗小,响应速度快。     

可控环形动力吸振器抑制管道强迫振动的研究

针对压缩机等旋转机械连接的管道系统的强迫振动,在动力吸振器减振原理的基础上,提出采用可控环形动力吸振器进行振动控制。针对某管系设计了具有相同自振频率的多个离散分布式环形动力吸振器,并建立动力吸振器-管道有限元模型进行模拟仿真同时搭建相应实验台进行验证。为了克服加动力吸振器调谐后引起的两个共振峰,设计了可控型环形动力吸振器控制管道强迫振动。模拟仿真与实验的结果表明,通过这种具有相同自振频率的多个离散分布式可控环形动力吸振器不仅能更好地适应大型管道中出现多处大振幅振动的空间条件,而且具有更稳定的吸振效果和更宽的吸振频带;高达20 Hz的带宽可有效抑制管道强迫振动,解决了单个和多重动力吸振器的失谐问题。     

电磁动力吸振器式转子在线监测方法研究

电磁动力吸振器具有重大的工程应用价值。在给出转子＋电磁动力吸振器系统模型的基础上，采用输出调节器理论，设计了电磁动力吸振器控制系统，实现了控制系统的主要目标：在指定的多个频率位置，将转子的不平衡响应减为零，而在其余较宽的频率范围内，抑制了不平衡响应的水平，使之处于非共振量级。因此，用电磁动力吸振器可实现对转子振动的在线控制。在此基础上，因为在电磁动力吸振器控制系统的设计中，构造了反映不平衡力的状态量及其观测器，所以还可以利用状态观测器获得转子的不平衡信息，买现不平衡量的识别，从而给出了用电磁动力吸振器进行不平街识别的方法。该方法的提出，有益于在线监测转子的不平衡状态、及时诊断故障以及无试转的平衡。     

磁流变弹性体扭转吸振器设计与动力学仿真

研制了一种以磁流变弹性体为核心智能控制元件的半主动扭转动力吸振器,基于扭转方向上的动力吸振器消振原理,设计了扭转动力吸振器的基本结构.对吸振器进行磁路仿真分析,保证强闭合磁场能够有效控制磁流变弹性体刚度;利用有限元软件进行吸振器动力学仿真,保证了吸振器固有频率对外界激励频率的有效跟随,以实现吸振效果.将吸振器安装在传动系统对应位置,进行传动系统振动响应仿真分析,结果表明动力吸振器能够有效削减传动系统的瞬态波动转矩.提出的磁流变弹性体半主动扭转动力吸振器为旋转机械系统减振应用提供了一种新的思路.     

舰船的艉部振动与动力吸振器减振

概述了舰船艉部振动的特点与动力吸振器的应用；讨论了经典动力吸振器和非线性动力吸振器的理论，并将其扩展到弹性系统和多频、多模态动力吸振的可能性。应用实例表明其在舰船尾部振动减振应用方面的前景。     

参数变异对动力吸振器动态性能的影响

采用蒙特卡罗方法,针对参数的随机变化对动力吸振系统动态性能的影响进行了定量分析.结果表明,在系统的动力学参数中,主系统和动力吸振器质量系数的变异对动力吸振系统的动态性能影响最大,变异的增大会使动力放大系数峰值前移,即在较低的激振频率下便产生共振,产生共振的激励频率的带宽大幅增加.随刚度变异的增加,且多倍放大系数的频率范围也明显扩大.而阻尼参数的变异对动力吸振系统动态性能的影响相对较小.参数耦合变异时,P和Q两个峰值拐点逐渐消退,并逐渐出现新的峰值,动力吸振器的动态性能已远离最优状态.比较发现,优化后动力吸振系统的动态性能有较大改善,不仅在振幅上有所减小,而且能适应更大的变异.     

转子--电磁动力吸振器系统的非线性控制

用电磁动力吸振器可实现对转子振动的在线控制。但是，当系统受到外部激励时，系统可能处于大幅度运动状态，致使转子与吸振器相接触而失控，因而对这类系统采用非线性控制便显得十分必要。在对转子-电磁动力吸振器实行线性控制的基础上，采用非线性补偿控制。数字仿真结果表明，非线性补偿控制可使转子-电磁动力吸振器达到更好的控制效果。     

基于负刚度的高速动车组二维动力吸振器研究

研究基于加速度的二维动力吸振器的理论模型,提出基于车体刚性振动的二维动力吸振器控制方法,设计同时吸收车体点头、浮沉振动的二维动力吸振器.针对二维动力吸振器安装所需低动刚度要求,利用碟形弹簧的负刚度特性,设计了用于安装二维动力吸振器的高静刚度低动刚度减振元件.建立高速动车组垂向动力学非线性模型,分析二维动力吸振器对车体振动的作用.研究结果表明,二维动力吸振器可以有效抑制车体浮沉、点头振动,提高运行平稳性.     

多重动力吸振器对高速列车地板振动的控制

针对某高速动车组线路运行时出现的地板局部振动问题,通过线路试验发现地板在33 Hz附近存在局部振动放大现象,为解决该问题,基于多自由度结构振动原理,建立包含多重动力吸振器(MDVAs)的地板振动控制模型,分析了多重动力吸振器控制地板振动的最优调谐参数,并对动力吸振器控制效果进行了验证。结果表明,安装位置会对控制效果产生明显影响,吸振器安装应尽量选择振型最大处安装,吸振器参数的控制效果不会随参数变化而无限增加。采用地板动力吸振方案可有效降低目标频率处的振动,地板时域最大峰值下降约66%,舒适度指标降低0.3。     

空间航天器用动力吸振器设计与试验验证

为了抑制空间航天器的振动,提出一种空间结构紧凑且阻尼力可非接触产生的动力吸振器设计方案.首先,建立动力吸振器的减振效果评价分析模型;其次,对吸振器进行有限元分析和力锤敲击试验,以验证吸振器基频设计的合理性;最后,以等效悬臂梁板结构为对象,将电磁激励器与动力吸振器分别置于悬臂梁板不同位置,对吸振器进行减振效果测试.试验结果表明:吸振器测试基频29.38 Hz与目标基频30.00 Hz误差不超过2.06%;针对悬臂梁板一阶频率的振动,有电涡流阻尼吸振器相比于无电涡流阻尼吸振器,其减振效果有所下降,但减振带宽由28.80~30.97 Hz扩展至29.09~35.53 Hz,带宽扩大67.5%;针对悬臂梁板二阶频率的振动,无电涡流阻尼吸振器没有抑制作用,而有电涡流阻尼吸振器有抑制作用且对二阶共振峰最大抑制达到了37.3%.     

风电叶片多点加载系统的机电耦合特性及试验研究

针对风电叶片加载多点激振时出现耦合问题,对多点疲劳加载系统进行合理简化,以两点摆锤激振加载为对象建立动力学数学模型,构建系统的机电耦合方程.在共振条件下的对机电耦合关系进行求解,通过相平面法得到振动系统的机电耦合特性、平衡奇点处的谐振同步性及稳定性条件,揭示加载系统出现耦合现象的机理.试验研究系统动态分岔耦合、主共振机电耦合特性及机电耦合作用下的同步控制,验证理论分析的正确性及控制算法的有效性,为疲劳加载系统的工程应用提供指导及试验参考.     

基于轴转矩补偿的永磁伺服系统机械谐振抑制

柔性传动装置会在交流永磁伺服系统中引发机械谐振,并降低系统的动态性能和控制精度,为此提出一种基于卡尔曼滤波器的轴转矩补偿谐振抑制方法.该方法通过卡尔曼滤波器获得柔性传动装置的轴转矩估计值,将其转化为电流信号并补偿到电流环给定,由此消除柔性传动对电机转速的影响,同时提高了系统的动态性能.最后通过仿真验证了该方法的有效性.     

壳体柔性对风电齿轮箱-发电机集成系统动态特性影响

针对风电传动系统集成化结构,提出了一种可用于风力发电机变速-变载工况下的机电-刚柔耦合动力学模型,不仅考虑了齿轮的时变啮合刚度、相位关系、轴和壳体的结构柔性等机械因素,同时计入了发电机系统中永磁体磁饱和特性、电磁径向力波以及空间谐波等电磁因素。探究齿轮箱-发电机集成系统机电耦合动态特性,讨论了壳体柔性对系统动态特性的影响,提出了一种升速分析法,找寻了系统的共振转速。结合模态能量法和阵型矢量分布原理,找寻了共振时的潜在危险构件。研究表明：齿轮系统与发电机存在强耦合特性,壳体的柔性对系统机电耦合特性影响显著。针对集成化系统而言,齿轮内激励为共振转速下的主要激励源;但采用薄壁壳体时,发电机电磁激励不容忽视,易激发新的共振转速。选择合理的壁厚可有效提高系统的安全可靠性,减少共振区域,减轻系统构件的损坏。     

2级串联型ISD悬架频响特性分析与试验

基于"惯容-弹簧-阻尼"机械系统与"电容-电感-电阻"电子系统之间严格的对应相似关系,根据级联滤波的基本原理,以并联的弹簧和阻尼元件为第1级,并联的惯容器、弹簧和阻尼元件为第2级,提出了一种2级串联型"惯容-弹簧-阻尼"(ISD)车辆悬架.应用机械阻抗法建立悬架的1/4车辆模型,对悬架系统频响特性进行了仿真分析,设计了齿轮齿条惯容器装置及悬架原理样机,进行了悬架频域性能台架试验.结果表明:与传统悬架相比,2级串联型"惯容-弹簧-阻尼"车辆悬架具有良好的低频频响特性,使车身共振频率从1.3 Hz降到了0.8 Hz,车身加速度、轮胎动载荷及悬架动行程3者增益的低频共振峰值分别减小了52%,50%,15%,有效抑制了车身共振,提高了车辆的乘坐舒适性.     

MATLAB在稳定平台机械谐振中的应用

分析了机械谐振频率对稳定平台的影响,搭建了一套稳定平台机械谐振的仿真与试验平台.运用MATLAB辨识工具和MATALB语言,完成稳定平台机械谐振数字滤波器设计.该方法已成功运用于某型稳定平台.     

薄板3倍超谐振动的分析与试验

基于Karman方程的动态比拟,运用Galerkin法,选用合适的正交函数将控制薄板振动的偏微分方程离散化为常微分方程,得到一带有平方和平方非线性的参数激励和外激励联合作用的非线性动力学系统。由于立方非经线性对系统的调节,系统存在出现3倍超谐振动的参数域。在出现3倍超谐共振的频率附近,系统的响应为主振动响应与3倍超谐振动响应共同组成的稳定的周期振动。理论分析和仿真计算及试验研究表明,参数激励简支屈曲薄板振动系统在一定的参数条件下将出现3倍超谐振动。当激励幅值不变、激励频率逐渐接近3倍超谐共振频率点时,3倍超谐振动成分对系统响应的影响逐渐增加,这表明立方非线性对系统的调节作用越来越强。     

多支承转子-轴承系统试验台动力学设计

为实现多支承轴承-转子系统振动监测和机械设备故障诊断,设计研制了一台模拟大型旋转机械动力特性的多支承轴承-转子试验台。采用有限元算法,经过系统动力学设计计算和理论分析,表明本试验台具有良好的动力学特性和足够的稳定性裕度,能够进行多种转子动力学实验研究,具备机组机械振动监测、故障模拟、轴承负荷在线监测等多项功能。     

Nonlinear dynamics of controlled mechanical systems

Unavoidable time delays in the feedback path of a controlled mechanical system may render the sys- tem unstable, and block the development and the application of dynamic control. This paper summarizes the recent work of the authors on the dynamics of controlled mechanical system with time delays. It starts with the dimensional reduction of delayed nonlinear systems composed of stiff and soft substructures and then presents the experimental modeling of lin¬ear and nonlinear mechanical systems with the time delays in state feedback taken into account. In the frame of linear controlled systems, this paper outlines the analysis of delay-independent stability and stability switches with the increase of time delay, the stability analysis in the case of short time delay, and the robust stability analysis of the system pos¬sessing uncertain parameters. Afterwards, the paper briefly discusses the primary resonance and subharmonic resonance, as well as the corresponding stability analysis, of a kind of harmonically forced Duffing oscillators with time delay, and the stabilization of periodic motion of nonlinear delayed systems. Finally, the applications of the stability analysis ap¬proaches to structure controls and active chassis of ground vehicles are outlined.     

参数激励薄板平方非线性与2倍超谐振动

依据薄板大幅振动的ＶｏｎＫａｒｍａｎ方程的动态比拟,通过Ｇａｌｅｒｋｉｎ法得到控制屈曲薄板振动的参数激励型非线性动力学模型,通过引入变换,证实了参数激励屈曲薄板振动系统为一带有平方和立方非线线性的参数激励和外激励联合作用的系统,对该系统的摄动分析表明,系统具有出现２倍超谐振动的参数域,研究了系统平方非线性因素对系统的调节作用,并运用仿真方法讨论了系统的２倍超谐振动及其对屈曲薄板振动性能的影响,对系     

超磁致伸缩换能器的声辐射特性

对超磁致伸缩大功率换能器的声辐射振动特性进行了理论分析与实验研究,将在一定预压应力下处于阶跃段的磁致伸缩棒简化为磁场强度与磁致伸缩应变的单输入单输出的线性系统·以静态试验数据为基础,建立等效的动态磁致伸缩模型·对指数形变幅杆的设计进行了理论分析和讨论,着重计算与设计了相关的振速分布、应力分布、振幅放大系数及节面位置等参数,测试中发现超磁致伸缩换能器频率范围较宽·试验得到了影响换能器发射声波主频率和最大振幅的若干参数·提高换能器的电声转换效率,增大换能器的发射功率的有效途径是选择合理辐射面质量和配重质量之间的比值,使能量流向辐射面一侧·所得结果可以为进一步优化超磁致伸缩换能器提供设计参考·