摘要：为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.

摘要：磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考虑界面接触的动力学模型进行仿真预测,获得振动频率的变化范围;其次,通过频响拟合的方式对转子传递函数进行重构,并将仿真得到的振动频率变化范围以加性不确定性方式引入到重构传递函数中,得到考虑模态频率不确定性的被控对象模型;最后,基于该模型设计兼顾参数摄动和外力扰动的鲁棒性、闭环系统稳定性和防止控制电压饱和等多功能的H∞鲁棒控制器.数值仿真结果表明:该控制器在模态频率处具有宽频带阻的频响特性,能够抑制磁悬浮轴承转子系统的弯曲模态振动;采用该方法设计的H∞鲁棒控制器后,转子弯曲模态振动幅值最少减小90%.

摘要：磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转子系统数学模型,求解得出转子涡动模态频率,根据该模型分析了滤波交叉反馈控制器对涡动模态振动的抑制效果,并且设计了陷波器用于抑制不同转速下的转子弯曲模态振动。试验结果表明,磁悬浮分子泵稳定升速至工作转速18000 r/min,转子振动位移为35μm,弯曲模态振动以及涡动模态振动得到了有效抑制。

摘要：为了有效减小直升机旋翼通过主减速器向机身传递的多方向、宽频带振动,提出一种基于全系数自适应控制的新型直升机主减磁流变隔振系统。首先,对剪切阀式磁流变阻尼器进行力学特性测试,并采用Bouc-Wen模型建立磁流变阻尼器动力学模型。其次,介绍主减磁流变隔振系统的结构方案及其工作原理,并采用拉格朗日能量法推导系统的动力学方程,对其动力学特性进行仿真分析。随后,针对主减磁流变隔振系统的振动特性,设计基于特征模型的全系数自适应控制器,在扫频激励下进行数值仿真。最后,搭建磁流变隔振实验台,进行垂向振动控制验证实验。结果表明,与被动隔振及天棚控制相比,基于特征模型的全系数自适应控制器具有更好的隔振性能,能有效减小直升机旋翼向机身传递的振动。

摘要：针对磁悬浮轴承电磁力线性化和位移传感器温漂现象等不确定性,建立了考虑参数不确定性的磁悬浮轴承-转子系统的摄动模型,基于该模型设计了一种基于结构奇异值μ分析的鲁棒控制器并进行仿真分析,结果表明控制器降阶前后转子能稳定悬浮在平衡位置,且对正弦干扰有一定抑制作用。在转子试验台上进行了悬浮和激振试验,结果表明:与传统PID控制方法相比,μ综合控制下转子起浮调节时间缩短了95%,稳定时抵抗内部激振扰动的能力均有较大改善,且在0.5 mm,40 Hz和0.5 mm,60 Hz正弦干扰下,μ综合控制下转子位移幅值分别降低了36.4%和40%,说明考虑模型参数不确定性情况下设计的μ综合控制器使系统具有良好的鲁棒性和抗干扰能力。

摘要：为解决传统鲁棒控制器设计中存在的磁悬浮轴承被控模型建模复杂且难以准确建模的问题,运用正交多项式拟合方法,对模态实验测得转子的刚体模态及弯曲模态频响数据进行系统辨识,建立磁悬浮轴承转子系统被控模型;基于系统辨识所建立的磁悬浮轴承被控模型进行H_∞鲁棒控制器设计。实验结果证明:基于系统辨识模型的鲁棒控制器能够实现转子的稳定悬浮及对转子刚体模态的控制。

摘要：主动磁悬浮轴承(active magnetic bearing,AMB)-转子系统中,转子质量分布上的不平衡引起不平衡振动,为提高系统的稳定性、减小转子在一阶弯曲临界转速处的不平衡振动,建立了考虑不平衡力和不平衡磁拉力的磁悬浮柔性转子机电一体化模型,并结合径向基(radial basis function,RBF)神经网络算法,得到转子振幅关于磁悬浮轴承结构参数的近似模型;以振幅最小为目标,通过参数灵敏度分析和多岛遗传算法(multi-island genetic algorithm,MIGA)对磁悬浮轴承进行结构优化设计.数值仿真结果表明:在一定范围内增大磁悬浮轴承的偏置电流、磁极面积、线圈匝数,减少单边气隙能够增大系统阻尼,可以降低一阶弯曲临界转速处的不平衡振动幅值,优化后不平衡振幅较优化前减少近50%.

摘要：横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。随磁悬浮轴承技术的发展,对横向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之间的关系。对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。实验结果表明,当灵敏度为20 mV/μm、检测范围为±500μm时,传感器的线性度为0.69%,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系统的转子高精度径向位置检测。

摘要：在磁悬浮叶轮机械中,叶轮与转子装配界面的接触引入了附加接触刚度,减弱了转子系统模态阻尼,并降低磁悬浮轴承转子系统的性能及稳定性,激发出转子高频模态振动。目前关于磁悬浮轴承系统中接触界面引起的转子高频模态振动的研究相对较少且传统PID控制器无法有效抑制此类振动。为解决上述问题,设计基于柔性转子的H∞鲁棒控制器。首先对考虑界面接触的磁悬浮轴承转子系统进行动力学分析,探究其模态振动特性。之后对磁悬浮轴承转子系统进行扫频试验得到频响曲线,在传统磁悬浮轴承刚性转子系统建模的基础上,基于柔性转子模态理论将转子传递函数模型进行重构,并基于此模型对转子系统扫频曲线进行拟合,得到转子系统的高阶模态参数,最终建立考虑高阶模态特性的被控对象模型,设计H∞鲁棒控制器。试验结果表明,基于柔性转子模型的鲁棒控制器可以对接触界面引起的转子高频模态振动进行有效抑制。

摘要：针对磁悬浮流体机械喘振问题,依据流体机械系统喘振状态时质量流量和压升的波动,采用基于质量流量的喘振控制策略。具体来说,利用喘振控制器求出叶轮轴向调节间隙值,并作为悬浮位置参考信号输入至轴向磁悬浮轴承闭环控制系统中,从而在轴向磁悬浮轴承系统作动下改变磁悬浮流体机械转子轴向位置,即改变叶轮叶尖间隙,以实现喘振的主动控制。仿真结果表明,当施加喘振控制时,可以扩展流体机械的稳定运行范围,由未控制下的15.5%节流阀开度扩展至喘振控制下的14%。通过模拟激振的方式辨识了喘振频率,并研究了PID控制器中控制参数对喘振控制性能的影响规律。