磁懸浮軸承剛度阻尼測試與辨識(shí)方法研究.pdf

1、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

2、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

3、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

4、應(yīng)和轉(zhuǎn)速信號，使用Kasier帶通濾波、零相位數(shù)字濾波、一階傅里葉級數(shù)擬合等操作提取出信號中的不平衡響應(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測試剛度阻尼的方案。完成了