磁悬浮轴承动态支承参数的辨识研究

发布时间：2017-05-03 16:20

  本文关键词：磁悬浮轴承动态支承参数的辨识研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：磁悬浮轴承的支承特性是研究磁悬浮轴承转子动力学特性的基础,准确辨识磁悬浮轴承的支承参数是优化设计控制器,保证转子高速稳定运行的前提。本文主要研究了磁悬浮轴承支承参数的辨识方法。精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元建模中采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,本文采用了响应面法对转子有限元模型进行修正。以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度满足要求,采用此响应面修正后的有限元模型分析的模态参数和试验值基本一致。结果表明,应用此方法修正后的有限元模型更加精确。磁悬浮轴承支承参数的辨识方法一般均建立在刚性转子模型的基础上。当转子的转速接近临界转速时,转子会产生明显的弯曲变形,应用刚性转子模型辨识的支承参数的误差急剧增大。针对高速转子产生弯曲变形的问题,本文提出基于有限元法的磁悬浮轴承支承参数辨识方法。建立转子有限元动力学方程,通过动力学方程推导出转子内部未知节点的位移表达形式,以此简化辨识过程并辨识出轴承刚度阻尼系数。研究了基于混合遗传算法的磁悬浮轴承刚度阻尼系数的辨识方法,首先利用传递矩阵法建立轴承转子系统动力学模型,并计算初始轴承支承参数下的不平衡响应和试验值的残差向量,再利用混合遗传算法优化出磁悬浮轴承支承参数。通过加载不平衡质量进行了不平衡激励试验。并通过仿真模型进行验证,仿真结果和试验值高度一致,表明两种方法都可以准确地辨识出磁悬浮轴承支承参数。最后,研究了磁悬浮轴承刚度阻尼系数的影响因素。首先通过变换系统的不平衡激励,研究磁悬浮轴承支承参数对不同激励的灵敏度。然后,比较不同辨识方法对辨识结果的影响,对比分析了文中混合遗传算法和有限元法辨识结果的区别,得出了两种方法都能有效地辨识出磁悬浮轴承支承参数的结论。
【关键词】：磁悬浮轴承 支承参数 响应面 有限元法 混合遗传算法
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 缩略词14-15
• 第一章 绪论15-22
• 1.1 引言15
• 1.2 主动磁悬浮轴承的基本工作原理15-17
• 1.3 本课题研究目的、意义和目标17
• 1.4 国内外研究现状17-20
• 1.5 论文内容安排20-22
• 第二章 响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用22-35
• 2.1 引言22
• 2.2 磁悬浮轴承转子系统的模型22-24
• 2.2.1 基于有限元法的磁悬浮轴承转子模型的建立22-24
• 2.3 响应面在磁悬浮轴承转子模型修正中的应用24-27
• 2.3.1 基于响应面法的转子有限元模型修正的基本理论24
• 2.3.2 响应面的拟合24-26
• 2.3.3 响应面法的检验标准26-27
• 2.3.4 基于响应面法的转子模型修正方法27
• 2.4 基于响应面法的磁悬浮轴承转子模型修正27-34
• 2.4.1 转子模态实验27-30
• 2.4.2 磁悬浮轴承转子系统模型修正30-34
• 2.5 本章小结34-35
• 第三章 基于有限元法的磁悬浮轴承支承参数的辨识35-57
• 3.1 引言35
• 3.2 磁悬浮轴承支承参数的辨识35-37
• 3.2.1 磁悬浮轴承支承参数的辨识理论35
• 3.2.2 磁悬浮轴承的刚度阻尼系数的理论推导35-37
• 3.3 基于有限元法的磁悬浮轴承支承参数的辨识37-42
• 3.3.1 基于铁木辛柯梁的有限元法基本原理37-38
• 3.3.2 磁悬浮轴承支承参数的辨识方法38-42
• 3.4 基于有限元法磁悬浮轴承支承参数辨识的仿真研究42-45
• 3.4.1 基于有限元法的磁悬浮轴承转子的仿真模型42-44
• 3.4.2 基于有限元法的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识仿真研究44-45
• 3.5 不平衡激励试验以及辨识结果45-56
• 3.5.1 不平衡激励试验45-49
• 3.5.2 不平衡响应试验数据的处理49-53
• 3.5.3 基于有限元法的磁悬浮轴承支承参数辨识结果53-54
• 3.5.4 试验辨识支承参数的验证54-56
• 3.6 本章小结56-57
• 第四章 基于混合遗传算法的磁悬浮轴承支承参数的辨识57-67
• 4.1 引言57
• 4.2 基于混合遗传算法的磁悬浮轴承支承参数辨识57-61
• 4.2.1 基于传递矩阵法分析的残差向量57-59
• 4.2.2 全局优化阶段59-60
• 4.2.3 局部优化阶段—单纯形优化60-61
• 4.3 基于混合遗传算法的磁悬浮支承参数辨识步骤61-62
• 4.3.1 混合遗传算法的流程图61-62
• 4.4 基于混合遗传算法的磁悬浮轴承支承参数辨识仿真验证62-63
• 4.5 基于混合遗传算法的支承参数试验辨识63-66
• 4.5.1 基于混合遗传算法的不平衡响应试验以及辨识结果63-65
• 4.5.2 不平衡激励试验辨识结果的验证研究65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 磁悬浮轴承支承参数的辨识比较分析67-79
• 5.1 引言67
• 5.2 分析不平衡质量对磁悬浮轴承支承参数的影响67-74
• 5.2.1 磁悬浮轴承不平衡响应试验67-68
• 5.2.2 不平衡质量的添加68-69
• 5.2.3 四组试验的位移数据幅值相位的对比69-72
• 5.2.4 不同不平衡质量对应的辨识结果72-74
• 5.3 不同辨识方法辨识的支承参数对比分析74-78
• 5.3.1 混合遗传算法和有限元法的辨识结果比较分析74-76
• 5.3.2 基于有限元法和基于响应面修正法的结果对比分析76-78
• 5.4 本章小结78-79
• 第六章总结与展望79-81
• 6.1 本文主要工作总结79
• 6.2 后续研究与展望79-81
• 参考文献81-86
• 致谢86-87
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文87
• 攻读硕士学位期间发表(录用)论文情况87
• 攻读硕士学位期间参加科研项目情况87

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本文编号：343356