本文關(guān)鍵詞：磁懸浮軸承剛度阻尼測(cè)試與辨識(shí)方法研究

  更多相關(guān)文章： 磁懸浮軸承 支承參數(shù) 模型修正 不平衡響應(yīng) 電磁力

【摘要】：磁懸浮軸承的支承特性是控制參數(shù)優(yōu)化、臨界轉(zhuǎn)速預(yù)估、不平衡響應(yīng)計(jì)算和動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，是保證磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在高速時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定性的前提。本文旨在研究磁懸浮軸承動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)的測(cè)試方法。介紹了磁懸浮軸承剛度阻尼的幾種不同定義，著重研究了線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)模型中的支承參數(shù)。 磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型是系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)、響應(yīng)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。首先通過力學(xué)分析分別建立了系統(tǒng)中剛性圓盤、彈性軸段和磁懸浮軸承的運(yùn)動(dòng)微分方程。然后，分別基于模態(tài)參數(shù)和頻率響應(yīng)方法修正了轉(zhuǎn)子模型中的尺寸參數(shù)。分析比較修正結(jié)果，通過頻率響應(yīng)方法修正后的轉(zhuǎn)子模型能夠滿足辨識(shí)的需要。 在建立的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型上，施加不平衡激勵(lì)，分別研究了基于單純形優(yōu)化算法的傳遞矩陣模型修正方法和基于響應(yīng)面的有限元模型修正方法辨識(shí)磁懸浮軸承支承參數(shù)的基本原理。傳遞矩陣模型修正方法是通過傳遞矩陣法計(jì)算出初始支承參數(shù)下系統(tǒng)的不平衡位移響應(yīng)，與試驗(yàn)不平衡響應(yīng)進(jìn)行對(duì)比，并通過單純形優(yōu)化算法獲取使得兩者響應(yīng)之差盡可能小的支承參數(shù)值。有限元模型修正方法使用有限元軟件Nastran計(jì)算出試驗(yàn)點(diǎn)的不平衡響應(yīng)，建立支承參數(shù)與計(jì)算不平衡響應(yīng)的響應(yīng)面函數(shù)，并使用全局優(yōu)化算法獲得使得響應(yīng)面函數(shù)與試驗(yàn)不平衡響應(yīng)殘差最小的支承參數(shù)。仿真驗(yàn)證兩種模型修正方法，結(jié)果表明基于單純形優(yōu)化算法的傳遞矩陣模型修正方法能夠更準(zhǔn)確地辨識(shí)出磁懸浮軸承的支承參數(shù)。 搭建了基于模型修正方法的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子剛度阻尼測(cè)試與辨識(shí)試驗(yàn)平臺(tái)。采集附加顯著不平衡質(zhì)量的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)支承處的位移響應(yīng)和轉(zhuǎn)速信號(hào)，使用Kasier帶通濾波、零相位數(shù)字濾波、一階傅里葉級(jí)數(shù)擬合等操作提取出信號(hào)中的不平衡響應(yīng)幅值與相位特征。分別通過傳遞矩陣和有限元模型修正方法辨識(shí)了磁懸浮軸承的剛度阻尼。為了驗(yàn)證辨識(shí)的準(zhǔn)確性，使用辨識(shí)出的剛度阻尼值進(jìn)行不平衡響應(yīng)仿真，并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較，結(jié)果表明基于模型修正方法辨識(shí)的剛度阻尼值足夠準(zhǔn)確。 最后，基于線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中支承力及磁懸浮軸承電磁力的表達(dá)式，提出了通過位移和電流信號(hào)測(cè)試剛度阻尼的方案。完成了從系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的位移和電流數(shù)據(jù)中提取出位移幅值、控制電流幅值和相位差特征值，獲得系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的剛度阻尼，并與基于模型修正方法的辨識(shí)結(jié)果對(duì)比，結(jié)果表明兩種不同方法獲得的磁懸浮軸承剛度阻尼值是一致的。
【關(guān)鍵詞】：磁懸浮軸承 支承參數(shù) 模型修正 不平衡響應(yīng) 電磁力
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TH133.3
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 引言15
• 1.2 主動(dòng)式磁懸浮軸承的工作原理15-16
• 1.3 磁懸浮軸承動(dòng)態(tài)支承參數(shù)的定義16-19
• 1.3.1 基于單自由度磁懸浮軸承系統(tǒng)的支承參數(shù)定義16-18
• 1.3.2 基于動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的磁懸浮軸承支承參數(shù)定義18-19
• 1.4 本課題研究目的、意義和目標(biāo)19-20
• 1.4.1 研究的目的和意義19
• 1.4.2 研究的目標(biāo)19-20
• 1.5 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動(dòng)態(tài)20-23
• 1.5.1 磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模及修正20
• 1.5.2 傳統(tǒng)型軸承的動(dòng)態(tài)支承參數(shù)測(cè)試方法的研究20-21
• 1.5.3 磁懸浮軸承動(dòng)態(tài)特性的理論研究21-22
• 1.5.4 磁懸浮軸承動(dòng)態(tài)支承參數(shù)的試驗(yàn)研究22-23
• 1.6 論文內(nèi)容安排23-25
• 第二章 磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的建模及轉(zhuǎn)子模型修正25-39
• 2.1 引言25
• 2.2 磁懸浮軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的建模25-29
• 2.2.1 剛性圓盤的運(yùn)動(dòng)微分方程26
• 2.2.2 彈性軸段的運(yùn)動(dòng)微分方程26-28
• 2.2.3 磁懸浮軸承的運(yùn)動(dòng)微分方程28-29
• 2.2.4 軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)求解29
• 2.3 基于模態(tài)參數(shù)的轉(zhuǎn)子有限元模型修正29-34
• 2.3.1 基于模態(tài)參數(shù)的有限元模型修正方法的理論30-31
• 2.3.2 基于試驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)的磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子模型修正31-34
• 2.4 基于頻率響應(yīng)的轉(zhuǎn)子有限元模型修正34-38
• 2.4.1 基于頻率響應(yīng)的有限元模型修正方法的理論34-35
• 2.4.2 頻率響應(yīng)殘差的定義及修正點(diǎn)的選取35-36
• 2.4.3 基于試驗(yàn)頻率響應(yīng)的轉(zhuǎn)子模型修正36-38
• 2.5 兩種修正方法的對(duì)比38
• 2.6 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于不平衡響應(yīng)模型修正方法的支承參數(shù)辨識(shí)原理39-59
• 3.1 引言39
• 3.2 基于不平衡響應(yīng)的傳遞矩陣模型修正方法39-42
• 3.2.1 基礎(chǔ)理論39-41
• 3.2.2 基于單純形算法的殘差優(yōu)化41-42
• 3.2.3 程序?qū)崿F(xiàn)42
• 3.3 基于不平衡響應(yīng)的有限元模型修正方法42-48
• 3.3.1 基礎(chǔ)理論42-43
• 3.3.2 基于響應(yīng)面的優(yōu)化方法43-46
• 3.3.3 基于響應(yīng)面的模型修正方法辨識(shí)支承參數(shù)步驟46-47
• 3.3.4 程序?qū)崿F(xiàn)47-48
• 3.4 磁懸浮軸承支承參數(shù)辨識(shí)方法的仿真驗(yàn)證48-56
• 3.4.1 傳遞矩陣模型修正方法的仿真驗(yàn)證50-51
• 3.4.2 有限元模型修正方法的仿真驗(yàn)證51-56
• 3.5 兩種模型修正方法用于支承參數(shù)辨識(shí)的對(duì)比56
• 3.6 殘余不平衡量對(duì)基于傳遞矩陣模型修正方法的支承參數(shù)辨識(shí)的影響56-58
• 3.7 本章小結(jié)58-59
• 第四章 基于模型修正方法的磁懸浮軸承支承參數(shù)辨識(shí)試驗(yàn)59-81
• 4.1 引言59
• 4.2 磁懸浮軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)不平衡響應(yīng)試驗(yàn)59-64
• 4.2.1 不平衡響應(yīng)試驗(yàn)條件59-60
• 4.2.2 不平衡激勵(lì)試驗(yàn)60-62
• 4.2.3 不平衡響應(yīng)數(shù)據(jù)的采集62-63
• 4.2.4 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)殘余不平衡激勵(lì)試驗(yàn)63-64
• 4.3 不平衡響應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理及特征量的提取64-68
• 4.3.1 不平衡響應(yīng)信號(hào)的濾波64-66
• 4.3.2 不平衡響應(yīng)幅值與相位信息的提取66-67
• 4.3.3 信號(hào)處理及特征提取的流程與程序?qū)崿F(xiàn)67
• 4.3.4 信號(hào)處理及特征提取的仿真驗(yàn)證67-68
• 4.4 磁懸浮軸承支承參數(shù)的試驗(yàn)辨識(shí)68-72
• 4.4.1 基于傳遞矩陣模型修正方法的支承參數(shù)試驗(yàn)辨識(shí)70-71
• 4.4.2 基于有限元模型修正方法的支承參數(shù)試驗(yàn)辨識(shí)71-72
• 4.5 試驗(yàn)辨識(shí)結(jié)果的驗(yàn)證72-75
• 4.5.1 傳遞矩陣模型修正方法辨識(shí)結(jié)果的驗(yàn)證72-73
• 4.5.2 有限元模型修正方法辨識(shí)結(jié)果驗(yàn)證73-75
• 4.6 柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型與剛性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)模型的支承參數(shù)辨識(shí)結(jié)果對(duì)比75-77
• 4.7 傳遞矩陣模型修正方法與邊界元法的辨識(shí)結(jié)果對(duì)比77-80
• 4.8 本章小結(jié)80-81
• 第五章 基于電磁力的磁懸浮軸承支承參數(shù)測(cè)試81-91
• 5.1 引言81
• 5.2 基于電磁力的磁懸浮軸承支承參數(shù)測(cè)試原理81-83
• 5.3 系統(tǒng)位移響應(yīng)及控制電流信號(hào)測(cè)試及處理流程83-85
• 5.4 基于電磁力的磁懸浮軸承支承參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)85-87
• 5.5 不同測(cè)試方法結(jié)果對(duì)比87-90
• 5.6 本章小結(jié)90-91
• 第六章 總結(jié)與展望91-93
• 6.1 本文主要工作的總結(jié)91-92
• 6.2 后續(xù)研究及展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-98
• 致謝98-99
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文99

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：812201