唐克伦[1]2002年在《磁力轴承支承的多盘柔性转子系统主动控制》文中研究指明转子动力学设计是旋转机械设计的一个重要环节，其中转子运行的稳定性是旋转机械设计首要考虑的内容。随着现代化工业的发展，各种旋转机械除了向高速、细长、高效的方向发展，同时还要求机器的噪声及振动更小，寿命更长，工作更可靠。传统的轴承—转子系统设计已逐渐不能满足现代工业发展的需要。 本文从现代工业发展的需要出发，讨论了磁轴承支承的转子系统的主动控制设计。首先，本文讨论了磁轴承支承的转子系统的力学模型，其次给出了计算转子系统固有频率的常用方法—有限元法和传递矩阵法的推导，接着再从转子系统稳定性出发，讨论了系统控制规律的设计，最后给出了一个磁轴承支承的转子系统的主动控制设计的例子以及其计算机仿真模型及仿真结果。 从计算方法上，本文对有限元法和传递矩阵法作了比较。由于有限元法计算精度高，易于同其它控制方法相联系，所以选择了有限元法作为本文的基本方法。同时，也对其稍加改进，使得编程更为简单。对于临界转速的计算方法，本文采用迭代法代替传统的作图法，结果表明，该法收敛速度快、精度高。 在控制规律上，本文从转子系统稳定性要求和磁轴承控制的特性出发探寻一个优化目标函数，最后给出了该目标函数的解法。与包含许多人为因素的最优二次型控制规律设计比较，该方法直观。 从轴承选型上，本文采用了先进的磁悬浮轴承，同传统的轴承相比，它有着其它轴承所没有的独特的优点。磁悬浮轴承必将是今后轴承技术发展的方向。
钟志贤[2]2013年在《主动电磁轴承—裂纹柔性转子系统动力学特性研究》文中进行了进一步梳理与传统的滚动轴承或滑动轴承支承的转子系统相比,主动电磁轴承支承的转子系统中,转子裂纹故障的动力学特性要复杂得多,其中有许多问题需要解决,如：裂纹对电磁轴承控制系统稳定性的影响、裂纹对电磁轴承-转子系统的动力学特性的影响、电磁轴承控制器对裂纹转子故障的动力学特性影响、电磁轴承-转子系统中裂纹故障的诊断方法等。本文以电磁轴承-裂纹柔性转子系统的动力学特性研究为主要目标,分别对电磁轴承的2DOF PID控制器设计、H∞控制器设计、裂纹转子的数学模型、电磁轴承-裂纹柔性转子系统的动力学模型、电磁轴承控制器参数对裂纹转子系统的动力学特性影响等问题开展了研究。2DOF PID (two-degree-of-freedom PID)控制既有良好的抗外干扰能力,又具有很好的目标值跟踪特点,将其应用于电磁轴承的控制中,建立了2DOF PID控制电磁轴承的数学模型,通过仿真分析,选取了2DOF PID控制的控制参数,并在所建立的电磁轴承-柔性转子系统实验平台上进行实验,实验结果表明,所设计的2DOF PID控制器能使电磁轴承实现稳定悬浮运行,保证柔性转子系统能平稳地通过其一阶弯曲临界转速。利用H∞控制具有良好的鲁棒性及抑制干扰的特点,设计了电磁轴承的H∞控制器。为克服在采用转子系统的有限元数学模型设计H∞控制器时,选取加权函数W1(s)、W2(s)及W3(s)异常困难的问题,采用集总参数法,将转子系统的物理参数集总到电磁轴承的支承点,选取加权函数设计出了H∞控制器,并在所建立的电磁轴承-柔性转子系统实验平台上进行实验,实验结果表明,该H∞控制器能使电磁轴承实现稳定悬浮运行,保证柔性转子系统能平稳地通过其一阶弯曲临界转速。根据呼吸裂纹转子的刚度数学模型,采用有限元方法,建立了PD控制的电磁轴承-裂纹柔性转子系统的动力学方程,并进行仿真分析,研究了电磁轴承的控制器参数P增益和D增益对裂纹转子系统动力学特性的影响,对比分析了与传统弹性支承-裂纹转子系统的动力学特性的异同,结合电磁轴承的等效刚度受偏置电流影响的特点,分析了PD控制的电磁轴承偏置电流I0对裂纹柔性转子系统动力学特性的影响。建立了最优控制的电磁轴承-裂纹柔性转子系统的动力学方程,并进行了仿真分析,研究了最优控制的控制器参数加权矩阵Q和R对裂纹转子系统动力学特性的影响,对比分析了与传统支承-裂纹柔性转子系统的动力学特性的异同,结合电磁轴承的等效刚度受偏置电流影响的特点,分析了最优控制的电磁轴承偏置电流I0对裂纹柔性转子系统的动力学特性的影响。在电磁轴承-柔性转子系统实验平台上,在不改变转子系统的固定条件的前提下,将柔性转子系统的转轴通过线切割加工出一条横向切槽,在切槽中嵌入铜片并与切槽一侧强力粘接的办法得到与实际裂纹尽可能相似的横向裂纹。当实验平台中的电磁轴承分别采用2DOF PID控制器和H∞控制器时,在控制器参数不变的情况下,在电磁轴承-裂纹柔性转子系统实验平台上进行了裂纹柔性转子的稳态响应实验,不平衡响应实验,加速响应实验和减速响应实验等动力学特性实验,分析了当实验台的电磁轴承采用不同控制器时,转子横向裂纹对电磁轴承-柔性转子系统振动特性的影响,实验结果表明,转子裂纹到一定深度将导致电磁轴承-柔性转子系统失稳,且监测转子的振动是检测电磁轴承-柔性转子系统中转子裂纹故障的有效方法。
唐克伦[3]2003年在《多盘柔性转子系统的磁轴承刚度和阻尼设计》文中研究说明转子振动主动控制的本质就是通过主动控制力给系统引入附加的刚度及阻尼,以达到减少系统的不平衡响应,使系统稳定的目的。而磁悬浮轴承则是施加这种主动力的理想设备。文章讨论了磁力轴承的附加刚度和阻尼的设计。
宫晓春[4]2011年在《可倾瓦轴承—转子系统的非线性动力学分析与主动控制》文中指出随着大型旋转机械向高转速、高负载、高精度等方向发展,其核心部件轴承—转子系统的非线性动力失稳问题越来越突出。因此,需要深入研究轴承—转子系统的非线性动力学特性和失稳机理以及其结构参数和运行参数对稳定性的影响规律。滑动轴承的油膜力是其中极为典型的非线性因素之一,建立一个合理且易于解析处理的油膜力模型对于轴承—转子系统运动稳定性分析和工程应用都具有重要意义。另一方面,要对导致轴承—转子系统动力失稳的因素加以控制,采用有效措施提高系统的运动稳定性,转子在工作中一旦出现异常振动现象,要立即采取有效的纠正措施,避免动力失稳后产生更加严重的后果。对于轴承—转子系统的振动控制问题,控制装置的设计与控制器参数的调节在很大程度上决定了控制性能的好坏。本文的研究工作主要集中在两个方面,即可倾瓦轴承非线性油膜力解析模型的建立和轴承—转子系统的振动主动控制。首先建立了可倾瓦滑动轴承的非线性油膜力解析模型,接着针对可倾瓦轴承—转子系统油膜失稳等问题采用主动润滑系统进行控制,并设计了多种行之有效的控制器,计算分析在各种控制器作用下转子系统油膜失稳的控制情况,取得的主要成果有:1.基于短轴承假设,建立了可倾瓦轴承非线性油膜力的解析模型。首先根据轴承单个瓦块与转子的运动平衡关系和几何关系,推导出了瓦块摆角的计算公式,基于短轴承假设和Reynolds边界条件求得了每个瓦块上的油膜压力分布,并采用油膜压力的修正函数来确定油膜力的自由边界条件,对每个瓦块的油膜压力进行积分得到其油膜力,进而将所有瓦块的油膜力进行矢量求和得到了整个可倾瓦轴承的非线性油膜力的解析表达式。利用油膜力解析模型分析了可倾瓦轴承—非对称转子系统的动力学特性,通过和有限差分法导出的油膜力模型的计算结果进行比较,证实了本文油膜力解析模型的有效性和实用性。2.针对可倾瓦轴承—非对称转子系统存在的油膜涡动等失稳现象,设计了基于PI、PID的主动润滑控制系统。本文建立了基于电液控制系统的主动可倾瓦轴承的动力学模型,包括在主动润滑下可倾瓦轴承的油膜厚度,主动润滑Reynolds方程,电液控制系统方程等。为便于控制的实现,采用工程上常用的PI、PID控制器对可倾瓦轴承—非对称转子系统进行控制,并分析其动力学响应。研究结果表明,在主动润滑控制系统的作用下,转子系统的振动得到很好的抑制,系统发生油膜涡动时的转速得到提高,系统稳定工作的转速范围得到拓宽,并且发生油膜涡动时系统的振幅也得到了抑制。3.针对电液控制系统存在的高度非线性、时变不确定性等问题,采用神经网络技术对主动润滑控制系统进行改进。利用RBF神经网络和BP神经网络来优化常规的PID控制器的参数,处理液压系统中的不确定性,以满足液压伺服系统的动态性能和静态性能要求。针对主动润滑控制系统设计了RBF神经网络PID和BP神经网络PID控制器。并采用基于这两种控制器的主动润滑系统对可倾瓦轴承—非对称转子系统进行控制,数值计算的结果表明,与PI、PID控制器的作用效果相比,基于神经网络PID控制的主动润滑系统在控制精度和动态性能等方面的都有明显的优越性。4.在利用神经网络技术优化PID控制器参数的基础上,进一步设计了模糊PID和模糊神经网络PID控制器来改进主动润滑控制系统。将模糊控制不依赖精确模型、算法灵活而神经网络具有很强的鲁棒性和非线性映射能力等特点相结合,采用模糊控制和模糊神经网络控制在线整定PID控制器的参数。分析计算了基于模糊PID和模糊神经网络PID控制器作用下可倾瓦轴承—非对称转子系统的动力学响应,与之前设计的控制器比较,模糊PID和模糊神经网络PID控制具有更好的控制性能。5.研究了一类可倾瓦轴承双盘外伸转子系统的非线性动力学分析和主动控制问题。基于有限元法建立了系统的非线性动力学方程,油膜力采用本文导出的可倾瓦轴承非线性油膜力解析模型。采用数值方法对该系统的耦合动力学方程进行求解,分析了转子系统的非线性动力学特性。在没有主动润滑的情况下,随着转速的升高会出现油膜涡动和油膜振荡等失稳现象,采用基于模糊PID和模糊神经网络PID控制器的主动润滑对该系统进行控制的结果表明,主动润滑系统能够完全消除油膜振荡现象,较好的抑制油膜涡动时转子系统的振幅,极大的拓宽转子系统稳定运行的转速范围。比较而言,模糊神经网络PID控制的效果优于模糊PID控制。
参考文献：
[1]. 磁力轴承支承的多盘柔性转子系统主动控制[D]. 唐克伦. 西南交通大学. 2002
[2]. 主动电磁轴承—裂纹柔性转子系统动力学特性研究[D]. 钟志贤. 浙江大学. 2013
[3]. 多盘柔性转子系统的磁轴承刚度和阻尼设计[J]. 唐克伦. 四川轻化工学院学报. 2003
[4]. 可倾瓦轴承—转子系统的非线性动力学分析与主动控制[D]. 宫晓春. 哈尔滨工业大学. 2011