磁悬浮轴承支承参数识别方法研究

发布时间：2017-07-07 00:18

  本文关键词：磁悬浮轴承支承参数识别方法研究

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【摘要】：磁悬浮轴承支承特性影响着系统的稳定性及响应，研究磁悬浮轴承的支承参数可为控制器设计以及系统优化提供有效依据。本文主要采用试验的方法研究磁悬浮轴承的支承参数。 本文研究的磁悬浮轴承支承参数是基于线性系统。电磁力是用于支承转子的支承力，，首先本文采用有限元法研究了径向磁悬浮轴承电磁力与转子位移及控制电流的关系，研究了电磁力的线性区域与耦合电磁力。研究表明了线性系统假设的合理性，同时为磁悬浮轴承支承参数识别提够依据。 其次本文基于磁悬浮轴承控制系统频率特性研究了磁悬浮轴承的等效刚度阻尼。理论分析径向磁悬浮轴承刚度阻尼特性，并且进行了仿真研究分析。针对理论分析刚度阻尼的不足，提出了试验测试系统频率特性的方法。试验辨识出转子静态悬浮下随频率变化的磁悬浮轴承支承刚度阻尼。 精准的转子支承模型是支承参数识别的基础。本文采用有限元法与传递矩阵法分别建立了磁悬浮轴承转子支承模型。采用Patran-Nastran与Matlab对两种转子支承模型进行动力学分析。针对转子有限元模型的不足，本文根据转子试验模态参数，采用基于响应面修正法对转子有限元模型进行修正。 最后本文研究了基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数识别，包括支承参数识别方法的基本原理，有限元仿真验证了该方法的有效性。本文采用不平衡质量作为激励，根据试验数据识别出转子在运行状态下的磁悬浮轴承的支承刚度阻尼。验证了辨识结果的准确性，表明了基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数识别方法可有效的识别磁悬浮轴承的支承参数。
【关键词】：磁悬浮轴承 刚度阻尼 电磁力 有限元法 模型修正
【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】：2014
【分类号】：TH133.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-10
• 图表清单10-13
• 注释表13-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 引言16
• 1.2 磁悬浮轴承基本工作原理16-18
• 1.2.1 单自由度磁悬浮轴承的工作原理16-17
• 1.2.2 五自由度磁悬浮轴承工作原理17-18
• 1.3 本文的研究意义及目标18-19
• 1.3.1 磁悬浮轴承支承参数的定义18-19
• 1.3.2 研究的意义及目标19
• 1.4 国内外研究现状19-22
• 1.4.1 径向磁悬浮轴承电磁力分析研究19-20
• 1.4.2 磁悬浮轴承支承参数识别研究20-22
• 1.5 磁悬浮轴承支承参数识别存在的问题22-23
• 1.6 论文内容安排23-24
• 第二章 径向磁悬浮轴承磁场及电磁力分析24-41
• 2.1 引言24
• 2.2 磁悬浮轴承电磁力理论分析24-26
• 2.3 径向磁悬浮轴承磁场有限元分析26-28
• 2.4 径向磁悬浮轴承电磁力有限元分析28-34
• 2.4.1 基于 Ansys 与 Matlab 的径向磁悬浮轴承电磁力仿真28-30
• 2.4.2 位移刚度与电流刚度的有限元分析30-32
• 2.4.3 电磁力线性区域分析32-34
• 2.5 径向磁悬浮轴承电磁力耦合分析34-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第三章 基于磁悬浮轴承控制系统频率特性的支承参数识别41-64
• 3.1 引言41
• 3.2 磁悬浮轴承转子控制系统各环节介绍41-43
• 3.2.1 位移传感器42
• 3.2.2 PID 控制器42-43
• 3.2.3 功率放大器43
• 3.3 径向磁悬浮轴承刚度阻尼理论分析43-49
• 3.3.1 单自由度磁悬浮轴承刚度阻尼理论分析43-46
• 3.3.2 径向磁悬浮轴承支承刚度阻尼分析46-47
• 3.3.3 径向磁悬浮轴承刚度阻尼仿真研究47-49
• 3.4 系统频率特性的试验测试方法与数据处理49-55
• 3.4.1 稳态正弦激励的施加49-51
• 3.4.2 试验数据信号的处理51-55
• 3.4.2.1 试验数据稳态响应信号的滤波51-53
• 3.4.2.2 试验数据稳态响应幅值相位的提取及程序实现53-54
• 3.4.2.3 试验数据滤波与数据处理仿真验证54-55
• 3.5 基于磁悬浮轴承控制系统频率特性的刚度阻尼识别试验研究55-63
• 3.5.1 正弦激励试验55-58
• 3.5.1.1 试验条件55-56
• 3.5.1.2 稳态正弦激励的施加与试验过程56-58
• 3.5.2 激励试验数据的采集与处理58-59
• 3.5.3 基于系统频率特性的磁悬浮轴承支承参数识别步骤59-60
• 3.5.4 基于磁悬浮轴承控制系统频率特性的刚度阻尼试验辨识60-63
• 3.6 本章小结63-64
• 第四章 磁悬浮轴承转子支承模型的建立及转子模型修正64-78
• 4.1 引言64
• 4.2 磁悬浮轴承转子支承系统的建模64-71
• 4.2.1 基于有限元法的磁悬浮轴承转子支承模型的建立65-66
• 4.2.1.1 磁悬浮转子模型的建立65
• 4.2.1.2 磁悬浮轴承支承模型的建立65-66
• 4.2.2 基于传递矩阵法的磁悬浮轴承转子支承模型的建立66-69
• 4.2.2.1 磁悬浮转子模型的建立66-68
• 4.2.2.2 磁悬浮轴承支承模型的建立68-69
• 4.2.3 磁悬浮轴承转子支承建模方法对比69-71
• 4.3 基于响应面法的模型修正理论71-74
• 4.3.1 基于试验设计的响应面法71-72
• 4.3.2 响应面建模方法72-73
• 4.3.3 响应面法的检验标准73
• 4.3.4 基于响应面法的模型修正方法73-74
• 4.4 基于响应面法的转子有限元模型修正74-77
• 4.4.1 转子有限元模型修正参数的选取74-75
• 4.4.2 响应面的建立75-76
• 4.4.3 转子有限元模型修正76-77
• 4.5 本章小结77-78
• 第五章 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数识别研究78-98
• 5.1 引言78
• 5.2 基于刚性转子模型的磁悬浮轴承刚度阻尼辨识78-80
• 5.3 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承刚度阻尼识别的理论过程80-84
• 5.3.1 基于响应面修正的磁悬浮轴承支承刚度阻尼识别80-81
• 5.3.2 灵敏度分析选取设计参数81-83
• 5.3.3 响应面的建立方法83
• 5.3.4 基于响应面法的磁悬浮轴承支承刚度阻尼识别过程83-84
• 5.4 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承刚度阻尼识别仿真研究84-87
• 5.4.1 响应面的建立84-85
• 5.4.2 仿真研究85-87
• 5.5 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数识别的试验研究87-96
• 5.5.1 不平衡响应的试验条件87-88
• 5.5.2 不平衡响应试验88-89
• 5.5.2.1 不平衡激励的施加88
• 5.5.2.2 不平衡响应试验过程88-89
• 5.5.3 不平衡响应试验数据的采集与处理89-91
• 5.5.4 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数识别步骤91
• 5.5.5 基于响应面修正法的磁悬浮轴承支承参数试验辨识91-94
• 5.5.6 试验辨识支承参数的验证94-96
• 5.6 磁悬浮轴承支承刚度阻尼识别方法比较96-97
• 5.7 本章小结97-98
• 第六章 总结与展望98-100
• 6.1 本文主要工作总结98-99
• 6.2 后续研究与展望99-100
• 参考文献100-104
• 致谢104-105
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文105

【参考文献】

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本文编号：528259