柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识

发布时间：2023-05-13 20:10

　　磁悬浮轴承是典型的机电一体化系统,具有无机械接触、无摩擦、无磨损、长寿命、免润滑、高效率、低噪音等优点,已在旋转机械领域得到广泛的应用。超高速、超弯曲临界转速运行是磁悬浮轴承转子系统的发展方向,但随着转速的不断升高、逼近甚至跨越弯曲临界转速,转子逐渐由刚性过渡到柔性,此时系统的动力学特性是研究的难点。准确地辨识磁悬浮轴承的支承特性,是开展系统动力学分析的基础。但现有的研究成果只适用于低转速刚性转子,且辨识误差随着转速的升高而持续增大,不适用于弯曲临界转速及以上工况。柔性转子磁悬浮轴承系统模型是解决上述问题的关键,难点是该模型下待识别参数与系统测试响应间的映射关系并不明确。针对上述问题,本文以磁悬浮轴承支承特性为研究对象,在系统机电一体化建模方法、磁悬浮轴承支承特性影响因素、柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法与试验辨识四方面开展了相关研究工作。首先,提出了磁悬浮轴承转子系统机电一体化建模方法。针对磁悬浮轴承转子热套过盈配合导致理论有限元计算值与模态试验间的误差,研究了适用于磁悬浮轴承转子自身特点的有限元模型修正方法,获得了精确的转子有限元模型。针对磁悬浮轴承转子系统中,转子的振动能量主要...

【文章页数】：130 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 主动磁悬浮轴承概述
        1.1.1 工作原理
        1.1.2 国内外发展现状
    1.2 磁悬浮轴承支承特性辨识意义及关键技术
        1.2.1 研究意义
        1.2.2 关键技术
    1.3 磁悬浮轴承转子系统机电一体化建模研究现状
    1.4 磁悬浮轴承支承特性影响因素研究现状
    1.5 磁悬浮轴承支承特性辨识研究现状
        1.5.1 基于刚度阻尼的物理定义的辨识
        1.5.2 基于优化逼近方法的辨识
        1.5.3 基于系统频域特性的辨识
    1.6 问题的提出
    1.7 本文的内容安排
第二章 磁悬浮轴承转子系统机电一体化建模
    2.1 磁悬浮轴承转子试验台介绍
    2.2 刚性转子建模
        2.2.1 刚性转子数学模型
        2.2.2 刚性转子模型状态空间表达
    2.3 柔性转子建模
        2.3.1 弹性轴段
        2.3.2 刚性圆盘
        2.3.3 磁悬浮轴承
        2.3.4 转子模态频率、临界转速分析
    2.4 转子有限元模型修正
        2.4.1 转子试验模态分析
        2.4.2 基于模态频率与MAC的转子模型修正
        2.4.3 基于试验频率响应的转子有限元模型验证
    2.5 转子模型降阶与状态空间表达
        2.5.1 转子模型降阶
        2.5.2 转子模型状态空间表达
    2.6 电控系统数学模型建立
        2.6.1 电涡流位移传感器模型
        2.6.2 功率放大器模型
        2.6.3 数字控制器模型
    2.7 柔性转子磁悬浮轴承机电一体化模型
    2.8 本章小结
第三章 磁悬浮系统支承特性影响因素研究
    3.1 单自由度磁悬浮轴承支承特性
    3.2 多自由度磁悬浮轴承支承特性
    3.3 PID控制律下等效刚度与阻尼表达
    3.4 结构参数影响因素分析
        3.4.1 磁极面积
        3.4.2 线圈匝数
        3.4.3 气隙
        3.4.4 小结
    3.5 电控参数影响因素分析
        3.5.1 控制器
        3.5.2 传感器
        3.5.3 功率放大器
        3.5.4 偏置电流
        3.5.5 旋转速度
    3.6 本章小结
第四章 柔性转子磁悬浮轴承支承特性辨识方法研究
    4.1 磁悬浮轴承刚度阻尼辨识基本原理
    4.2 基于刚性转子模型的辨识方法
    4.3 基于刚性转子模型辨识方法的仿真研究
    4.4 基于柔性转子模型的辨识方法
        4.4.1 柔性转子模型刚度阻尼辨识方法
        4.4.2 考虑残余不平衡质量的辨识方法
    4.5 基于柔性转子辨识方法的仿真研究
        4.5.1 无残余不平衡量的直接刚度阻尼的辨识仿真
        4.5.2 考虑残余不平衡量的直接刚度阻尼的辨识仿真
        4.5.3 考虑残余不平衡量的直接交叉刚度阻尼的辨识仿真
    4.6 本章小结
第五章 柔性转子磁悬浮轴承支承特性试验研究
    5.1 DSP数字控制器硬件设计
    5.2 跨弯曲临界转速控制算法设计
        5.2.1 弯曲模态振动难以控制的原因
        5.2.2 磁悬浮轴承转子系统跨弯曲临界转速的方法
        5.2.3 相位补偿
    5.3 支承特性试验研究
        5.3.1 试验数据处理方法
        5.3.2 忽略残余不平衡质量的试验辨识
        5.3.3 考虑残余不平衡质量的试验辨识
    5.4 试验辨识结果分析
        5.4.1 抗干扰性分析
        5.4.2 理论辨识与试验辨识对比分析
        5.4.3 试验辨识结果验证
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 创新点
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
在学期间的研究成果及发表的学术论文



本文编号：3816436