基于相位补偿的磁悬浮带钢抑振系统的设计

发布时间：2017-09-09 13:11

  本文关键词：基于相位补偿的磁悬浮带钢抑振系统的设计

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【摘要】：相位补偿算法在磁悬浮柔性转子模态振动的抑制中具有显著效果。本文将该算法运用于带钢模态振动的抑制中,开展了基于相位补偿的磁悬浮带钢抑振系统的研究。首先,利用Patran建立了带钢的有限元模型,研究了预紧力和几何参数对带钢模态分布的影响。基于线性电磁力推导了电磁铁—带钢的理论模型。对磁悬浮带钢抑振系统进行了联合仿真,结果表明:有限元模型比理论模型包含更准确的模态信息;相位补偿器对带钢的模态振动具有抑制作用。其次,仿真分析了相位补偿器各个参数对其特性的影响。通过对有无相位补偿器时系统的等效刚度和阻尼的比较,论证了相位补偿器的抑振原理。最后,搭建了磁悬浮带钢抑振系统试验平台,完成了控制系统的软硬件设计,测试了磁悬浮带钢抑振系统性能。分别从振幅抑制和相位整形的角度对磁悬浮带钢抑振系统抑振效果进行了试验研究,结果表明:特定预紧力下带钢在仿真和试验中的模态信息误差在14%以内;带钢起浮和静态悬浮性能均符合要求;相位超前角度和补偿区间合适的相位补偿器能将一阶模态振动降低89.2%;采用双相位补偿器可以将带钢前两阶模态振动分别降低81%和82.6%。
【关键词】：磁悬浮带钢抑振系统 相位补偿器 模态 相位整形
【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】：2016
【分类号】：TG174.4;TB535
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 课题背景及研究意义16-17
• 1.1.1 课题背景16
• 1.1.2 课题目的和意义16-17
• 1.2 磁悬浮带钢抑振技术简介17-19
• 1.2.1 磁悬浮技术简介17-18
• 1.2.2 磁悬浮技术在带钢抑振中的应用18-19
• 1.3 国内外研究现状19-23
• 1.3.1 带钢振动特性分析19-20
• 1.3.2 磁悬浮带钢抑振系统20-21
• 1.3.3 相位补偿算法21-23
• 1.4 论文章节安排23-25
• 第二章 带钢模态与频率响应分析25-37
• 2.1 带钢的模型简化25-26
• 2.2 带钢的模态分析26-34
• 2.2.1 模态分析理论和软件设置26-27
• 2.2.2 带钢模态与预紧力的关系27-30
• 2.2.3 带钢模态与尺寸的关系30-32
• 2.2.4 电磁铁悬浮作用对带钢模态的影响32-34
• 2.3 带钢的频率响应分析34-36
• 2.4 本章小结36-37
• 第三章 电磁铁—带钢系统数学模型的建立37-48
• 3.1 电磁铁—带钢系统理论模型的建立37-41
• 3.1.1 磁悬浮带钢抑振系统参数37-38
• 3.1.2 电磁铁—带钢系统理论模型38-41
• 3.1.3 传感器与功率放大器建模41
• 3.2 电磁铁—带钢系统有限元模型的建立41-44
• 3.2.1 仿真软件简介41-42
• 3.2.2 有限元模型搭建42-44
• 3.3 理论模型与有限元模型的对比44-45
• 3.4 相位补偿算法的联合仿真45-47
• 3.4.1 联合仿真模型的搭建45-46
• 3.4.2 相位补偿算法仿真对比46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 磁悬浮带钢抑振系统控制器设计48-64
• 4.1 相位补偿器性能与参数的关系48-53
• 4.1.1 频率特性曲线受参数的影响49-50
• 4.1.2 补偿中心受参数的影响50-52
• 4.1.3 相位超前角度受参数的影响52
• 4.1.4 比例因子受参数的影响52-53
• 4.2 相位补偿器抑振原理的研究53-57
• 4.2.1 相位补偿器对系统等效阻尼的影响53-56
• 4.2.2 等效阻尼峰值受相位补偿器参数影响56-57
• 4.3 控制系统软件实现57-60
• 4.3.1 PID算法的软件实现57-58
• 4.3.2 相位补偿算法的软件实现58-60
• 4.4 控制系统的硬件实现60-63
• 4.4.1 芯片选取60-61
• 4.4.2 硬件系统搭建61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 第五章 磁悬浮带钢抑振系统试验研究64-89
• 5.1 磁悬浮带钢抑振系统试验台的搭建64-66
• 5.1.1 整体系统的搭建64-65
• 5.1.2 预紧力测量装置的搭建65-66
• 5.2 预应力模态试验66-69
• 5.2.1 预紧力测量装置刚度拟合66-68
• 5.2.2 预应力模态对比试验68-69
• 5.3 带钢起浮和静态悬浮试验69-72
• 5.3.1 一对电磁铁作用下带钢起浮试验69-70
• 5.3.2 一对电磁铁作用下带钢静态悬浮试验70
• 5.3.3 两对电磁铁作用下带钢静态悬浮试验70-72
• 5.4 相位补偿器抑振效果的试验研究72-77
• 5.4.1 PID控制状态下的激振试验72-73
• 5.4.2 相位补偿器抑振效果与相位超前角度的关系73-75
• 5.4.3 相位补偿器抑振效果与补偿区间的关系75-76
• 5.4.4 串联相位补偿器最佳效果分析76-77
• 5.5 相位补偿器的相位识别试验77-88
• 5.5.1 模态频率附近相位与阻尼的关系77-78
• 5.5.2 相位识别试验的思路与步骤78-82
• 5.5.3 PID控制器与相位补偿器的关系82-83
• 5.5.4 相位补偿器在模态频率处的相位整形83-84
• 5.5.5 不同参数的相位补偿器对系统的相位整形84-88
• 5.6 本章小结88-89
• 第六章 总结与展望89-91
• 6.1 本文总结89-90
• 6.2 工作展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文96

【参考文献】

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本文编号：820626