主动电磁轴承—刚性转子系统的不平衡振动控制

发布时间：2017-07-03 04:07

  本文关键词：主动电磁轴承—刚性转子系统的不平衡振动控制

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【摘要】：主动电磁轴承是一种典型的机电一体化产品,它利用可控电磁力将转子悬浮起来,具有无摩擦、无磨损、无需润滑、能工作在高转速及使用寿命长等优点。由于主动电磁轴承-转子系统本身是一个开环不稳定、非线性和时变的系统,所以必须对主动电磁轴承进行控制,使其能够使转子工作在稳定悬浮状态。在主动电磁轴承-转子系统中,由于转子存在不平衡,会使转子在旋转过程中产生不平衡振动,使系统的性能变差甚至威胁到系统的安全运行。本文首先在分析主动电磁轴承基本工作原理的基础之上,建立了主动电磁轴承-刚性转子系统径向四自由度的数学模型；然后从不平衡振动产生的原因入手,分析了转子的不平衡振动特性,并对转子处于恒定加速度情况下的不平衡响应进行了仿真分析；分析了主动电磁轴承-刚性转子系统自动平衡控制和不平衡补偿控制的原理；对基于跟踪滤波器的自动平衡系统和基于LMS算法的自适应滤波器的控制系统的特性进行了仿真分析,并讨论了频率失配问题和噪声问题对LMS算法的影响。最后,介绍了以dSPACE 1103控制板为控制器的主动电磁轴承-刚性转子实验平台的硬件和软件系统,对基于跟踪滤波器的自动平衡系统和基于LMS算法的自适应滤波器的两种算法对转子不平衡振动的抑制效果进行了实验研究。
【关键词】：主动电磁轴承 不平衡振动 自动平衡 跟踪滤波 LMS
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH113.1
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题研究背景10
• 1.2 国内外研究现状10-17
• 1.2.1 电磁轴承的基本工作原理10-12
• 1.2.2 电磁轴承控制技术的研究现状12-13
• 1.2.3 电磁轴承-转子系统振动主动控制研究现状13-17
• 1.3 论文的主要工作和内容安排17-19
• 1.3.1 本文的主要工作17
• 1.3.2 本文的内容安排17-19
• 第二章 主动电磁轴承-转子系统的基本原理及数学模型19-41
• 2.1 主动电磁轴承-转子系统的组成及工作原理19-20
• 2.2 主动电磁轴承-转子系统动力学模型建模20-28
• 2.2.1 单自由度系统数学模型21-24
• 2.2.2 径向四自由度主动电磁轴承-刚性转子系统的数学模型24-28
• 2.3 主动电磁轴承-刚性转子系统仿真模型的建立28-30
• 2.3.1 主动电磁轴承-刚性转子系统参数28
• 2.3.2 系统各仿真模块的建立28-30
• 2.4 主动电磁轴承-刚性转子系统反馈控制设计30-40
• 2.4.1 分散控制32-35
• 2.4.2 广义预测控制35-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第三章 主动电磁轴承-刚性转子系统不平衡振动分析41-61
• 3.1 转子不平衡振动的特性41-43
• 3.2 平面转子的不平衡响应分析43-49
• 3.2.1 临界转速的形成43-45
• 3.2.2 恒加速运行条件下平面转子系统的不平衡响应45-49
• 3.3 恒加速运行条件下刚性转子系统的不平衡响应分析49-56
• 3.3.1 恒加速运行条件下刚性转子系统的动力学模型49-51
• 3.3.2 恒加速运行条件下刚性转子系统的不平衡响应分析51-56
• 3.4 主动电磁轴承-刚性转子系统自动平衡原理56-58
• 3.5 主动电磁轴承-刚性转子系统不平衡补偿原理58-60
• 3.6 本章小结60-61
• 第四章 主动电磁轴承-刚性转子系统不平衡振动抑制61-89
• 4.1 基于跟踪滤波器的自动平衡控制61-73
• 4.1.1 跟踪滤波器原理61-62
• 4.1.2 跟踪滤波器分析62-64
• 4.1.3 基于跟踪滤波器的自动平衡系统性能分析及仿真64-70
• 4.1.4 恒加速运行条件下ABS跟踪滤波器的性能仿真70-73
• 4.2 基于LMS算法的自适应滤波器的自动平衡控制73-87
• 4.2.1 LMS算法原理73-74
• 4.2.2 LMS算法对正弦信号自适应滤波分析74-81
• 4.2.3 频率差对LMS算法的影响81-84
• 4.2.4 噪声对LMS算法的影响84-85
• 4.2.5 恒加速运行条件下LMS滤波器的性能仿真分析85-87
• 4.3 本章小结87-89
• 第五章 实验研究89-108
• 5.1 主动电磁轴承-刚性转子系统硬件设计89-95
• 5.2 主动电磁轴承-刚性转子控制系统软件设计调试95-96
• 5.3 模拟调试96-105
• 5.4 主动电磁轴承-刚性转子系统不平衡振动控制实验结果105-107
• 5.5 本章小结107-108
• 第六章 总结与展望108-109
• 6.1 总结108
• 6.2 展望108-109
• 参考文献109-117
• 攻读硕士学位期间科研成果117

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