检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：王东雄武汉科技大学

学位级别：博士

多电航空发动机作为航空发动机的一个重要发展方向,其关键技术之一是磁悬浮双转子技术。电磁轴承是磁悬浮双转子系统的重要部件,其支承特性不仅与尺寸和结构参数有关,还与控制系统及转子的振动状态等有关。一方面,电磁轴承与双转子结构... 详细信息

多电航空发动机作为航空发动机的一个重要发展方向,其关键技术之一是磁悬浮双转子技术。电磁轴承是磁悬浮双转子系统的重要部件,其支承特性不仅与尺寸和结构参数有关,还与控制系统及转子的振动状态等有关。一方面,电磁轴承与双转子结构直接耦合,转子的动态响应将通过机械系统和控制系统影响到轴承的支承特性,进而导致系统的动态响应发生变化;另一方面,双转子系统的内外转子之间由于中介轴承的引入也存在强烈的动态耦合。这些耦合效应将导致系统的动力学响应更加复杂,系统动力学模型的建立和动力学行为的描述更加困难。因此,建立切实符合磁悬浮支承特性的双转子系统动力学模型,系统深入地开展包括固有动态特性、常规工况下的不平衡响应特性以及复杂工况如碰摩故障下的振动特性等在内的动力学特性研究,对磁悬浮双转子系统在多电航空发动机中的应用具有重要的工程意义和理论价值。本文以电磁轴承支承的双转子系统为研究对象,从磁悬浮双转子系统的动力学理论模型、阻尼临界转速特性、不平衡响应特性和转静碰摩特性等方面进行系统深入的研究,主要研究内容和研究成果如下:(1)针对基于传统传递矩阵法对含两个及以上中介轴承的双转子系统的建模难点问题,提出了适用于含多中介轴承的双转子系统建模的耦合单元模型,同时发展了复数形式的Riccati传递矩阵法,建立了充分考虑电磁轴承阻尼特性的磁悬浮双转子系统动力学模型和不平衡响应模型,为复杂磁悬浮双转子系统的建模和分析提供了一种有效的方法。(2)基于动力学模型,从复频率的角度揭示了磁悬浮双转子系统刚性阻尼临界转速的消失过程。随着电磁轴承等效阻尼的增加,刚性模态对应的阻尼临界转速减小至零,而对应的稳定裕度明显增大;电磁轴承等效阻尼不改变系统的振型特性。通过对磁悬浮双转子系统的加速瞬态响应的分析验证了上述研究结果的正确性。(3)基于不平衡响应模型,分析了系统参数对不平衡响应的影响,发现通过合理选择电磁轴承控制参数,可使系统安全通过前三阶临界转速。仿真结果表明,减小内转子不平衡比减小外转子不平衡更为重要,系统在电磁轴承转子最大位移条件下的稳定运行比电磁轴承最大承载力条件下的稳定运行更难实现。(4)将电磁轴承简化为等效刚度阻尼模型,分别利用Lankarani-Nikravesh模型和Coulomb模型表征碰摩过程中的冲击力和摩擦力,基于有限元法建立了磁悬浮双转子系统定点碰摩故障下的动力学模型,并采用Newmark-β法对系统动态响应进行求解。(5)针对定点碰摩下磁悬浮双转子系统的振动特性和接触过程进行了深入研究,发现定点碰摩下系统的频谱特征表达为内外转子的转频差形式,可更加直观地反映内外转子之间通过中介轴承变现出来的强耦合作用。碰摩程度较轻时,转子变现为正向涡动,出现整数倍转频差频率分量;碰摩程度加剧时,转子反向涡动,出现分数阶转频差频率分量;当电磁轴承提供的等效阻尼很小且系统运行于第一阶阻尼临界转速以下时,还出现整数倍转频差频率分量与第一阶阻尼临界转速的组合频率分量;碰摩过程中的最大接触深度和冲击力取决于初始冲击速度。研究还发现,合理选择电磁轴承控制参数可显著降低系统碰摩的严重程度,甚至避免系统在刚性阻尼临界转速下发生碰摩。

关键词：磁悬浮双转子系统动力学特性阻尼临界转速不平衡响应定点碰摩

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参数不确定下的磁悬浮双转子系统的动态特性

引用

组合机床与自动化加工技术 2021年第3期 14-20页

作者：张辰川王念先王东雄武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室武汉430081 武汉科技大学湖北省机械传动与制造工程重点实验室武汉430081

目前,关于电磁轴承支承特性的研究大多是基于PID类传递函数明确的控制算法展开的,而非线性控制算法的模糊属性导致难以建立电磁轴承的支承刚度和阻尼模型,系统的支承特性存在不确定性,从而难以对此类磁悬浮系统的动力学特性展开研究。为... 详细信息

目前,关于电磁轴承支承特性的研究大多是基于PID类传递函数明确的控制算法展开的,而非线性控制算法的模糊属性导致难以建立电磁轴承的支承刚度和阻尼模型,系统的支承特性存在不确定性,从而难以对此类磁悬浮系统的动力学特性展开研究。为此,针对支承特性不确定下的磁悬浮双转子系统,首先,运用有限元法建立了磁悬浮双转子系统的理论模型;其次,将电磁轴承支承特性中的不确定量转化为‘未知而有界’的区间;最后,基于Chebyshev正交多项式的区间分析方法对磁悬浮双转子系统的动态特性展开了研究。研究结果表明,低频峰值响应的不确定度与等效刚度和阻尼呈现幂函数变化关系。

关键词：磁悬浮双转子系统支承特性不确定区间分析法动态特性

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基于μ综合控制的磁悬浮双转子拍振响应研究

引用

武汉科技大学学报 2024年

作者：王念先周泽鼎刘明政蔡勇军邓江洪卢本才武汉科技大学机械自动化学院武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室合建卡特工业股份有限公司

在双转子系统中，由于转子系统不可避免地存在不平衡量，当两个转子的转速比较接近时，双转子系统的不平衡响应会呈现出拍振现象，使得转子运行性能降低。针对磁悬浮双转子系统的强耦合和拍振响应振动问题，本文采用μ综合控制方法对系... 详细信息

在双转子系统中，由于转子系统不可避免地存在不平衡量，当两个转子的转速比较接近时，双转子系统的不平衡响应会呈现出拍振现象，使得转子运行性能降低。针对磁悬浮双转子系统的强耦合和拍振响应振动问题，本文采用μ综合控制方法对系统进行控制。首先基于磁悬浮双转子有限元模型，推导其控制模型并采用模态截断法对原有高阶状态空间进行降阶处理，得到低阶控制模型，再通过DK迭代法得到μ综合控制器。将控制器应用于磁悬浮双转子系统，研究结果表明：在内外两个转子转速较为接近时，磁悬浮双转子系统与传统机械双转子系统同样存在拍振现象；并且与PID控制相比，μ综合控制下的磁悬浮双转子系统的拍振响应幅值显著降低，系统的拍振强度也得到了良好的抑制。

关键词：磁悬浮双转子系统 μ综合控制拍振不平衡响应模态截断法

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