裂纹转子的振动控制与延缓裂纹扩展机理的研究

发布时间：2017-11-09 09:34

  本文关键词：裂纹转子的振动控制与延缓裂纹扩展机理的研究

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【摘要】：转子系统是大功率,高转速动力机械的重要组成部分,如直升机发动机、轮船汽轮机、电厂发电机组和重型机床等,一般其工作在相当恶劣环境条件下,受到高温、高压、高载荷作用。由于转子材料的微缺陷和加工引起的微创伤,运行过程中在交变载荷的持续作用下,易诱发转子裂纹的萌生以及裂纹扩展直至造成灾难性的重大事故。因此,早期的转子系统裂纹的检测和监测,进行裂纹转子振动控制以及延缓裂纹扩展的研究,对于掌握转子裂纹影响规律,提高转子的寿命和抗故障能力,以及军事、航空航天领域支持设备持续运行,工业生产领域防止灾难性事故的发生等有着突出贡献。本文以国内外裂纹转子的研究技术为基础,选用了2自由度非线性转子动力学模型、电磁执行器(Electro-Magnetic Actuator EMA)作用力数学模型以及转子裂纹开闭状态描述函数,设计了控制电磁执行器的参数自调整模糊PID控制器,并进行了数值仿真研究。本文研究的主要内容和结论如下:首先,分析了同步状态下参数(回转速度、裂纹夹角、非线性参数、裂纹位置与裂纹深度)变化对转子系统的振动特性、裂纹开闭状态和开闭周期等的影响。另外,探讨了在非同步状态下运行参数对转子中裂纹开闭状态的影响;其次,为了实现对非线性裂纹转子振动控制和延缓裂纹扩展等目的,提出了利用电磁执行器对裂纹转子非线性振动和裂纹扩展的主动控制方法;最后,采用常规PID控制和模糊PID控制策略对EMA作用下转子系统进行主动控制,并分析比较了两种控制策略对于EMA作用下转子系统控制效果的优劣。本文通过比较不同参数变化对裂纹开闭状态的影响,总结出同步与非同步状态下参数变化所引起裂纹开闭状态的突变规律,验证延缓裂纹扩展机理的可行性,以及相比于常规PID控制,模糊PID控制对转子系统的优点。结果表明,在转子运行过程中,EMA能够对裂纹转子在亚临界,临界以及超临界转速下的振动进行有效的控制,能够使裂纹始终保持闭合状态,有效的延缓了裂纹扩展。基于模糊PID控制方法对非线性转子进行振动控制相对与常规PID控制具有更小的位移响应,调节时间也相对较短。通过对两种控制方法控制效果的比较,模糊PID控制器具有更强的鲁棒性和抗干扰能力。
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1

【参考文献】

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1 史东锋,屈梁生;转子横向裂纹故障的诊断信息提取[J];化工机械;1998年05期

2 左彬;祝长生;;主动电磁轴承智能积分型自适应模糊控制器[J];机电工程;2008年12期

3 于国飞,宋文荣,陈阳;磁悬浮轴承结构移动平台的设计与控制仿真[J];机械设计与研究;2004年05期

4 张钢,李松生,张建生,杨新洲,虞烈,谢友柏;磁悬浮轴承-转子系统的机电耦合动力学模型[J];机械科学与技术;2003年S1期

5 张祖明;磁力轴承的运转稳定性分析[J];机械设计;1984年03期

6 蒋汝根;王晓刚;赵旭升;;永磁偏置磁轴承模糊控制方法研究[J];制造业自动化;2013年06期

7 朱厚军,郑艳平,赵玫;裂纹转子振动研究的现状与展望[J];汽轮机技术;2001年05期

8 李国镔;;双裂纹转子系统动力学特性的实验研究[J];汽轮机技术;2010年04期

9 黄典贵，朱力，蒋滋康;裂纹故障转子弯、扭耦合振动的数学模型[J];汽轮机技术;1996年01期

10 饶苏波，，何健康，周福宏;韶关发电厂6号机转子裂纹原因分析及处理对策[J];汽轮机技术;1996年03期

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1 时浩浩;主动磁轴承外扰振动的模糊PID控制[D];北方工业大学;2014年

本文编号：1161311