电磁动力吸振器—转子系统的研究

摘要

在旋转机械中，转子质量的不平衡是难以避免的。即使非常小的偏心也会在高速旋转机械中产生很大的离心力，使转子产生不平衡振动，造成机械的不稳定，甚至产生破坏性的后果。在机械越来越追求高速、高精度的今天，有效控制转子不平衡振动便成为我们亟待解决的问题。 提出了用电磁动力吸振器来控制转子不平衡振动的方法。电磁动力吸振器不用安装在轴承的位置，可以兼顾转子的静、动态特性要求；不随转子转动，激励控制方便；应用了电磁技术，具有可控、可调的特性，可实现宽频吸振；并且没有外传力或外传力很小。 对电磁动力吸振器主动控制转子的不平衡振动的研究，主要包括以下方面工作： 在系统地分析了课题研究的背景及意义、国内外研究电磁系统控制转子不平衡振动现状的基础上，给出了电磁动力吸振器的结构并阐述了它的工作原理，建立了用于控制转子不平衡振动的电磁动力吸振器—转子系统的动力学模型。 分析了转子系统的动力学特性。利用MATLAB软件编制了Prhol传递矩阵法和Riccati传递矩阵法计算转子固有频率的程序，并计算转子的固有频率。利用锤击实验测量了转子在自由状态下的固有频率，以考核程序的正确性。利用传递矩阵法计算了转子在工作状态时的固有频率，并验证了建模假设的正确性。 根据电磁动力吸振器的工作原理，并借鉴电机和电磁轴承的设计思路，给出了电磁动力吸振器结构的设计步骤，并设计了适合于转子系统的电磁动力吸振器结构。设计中，综合考虑了电磁参数和调谐参数对系统性能的影响。 最后，根据建立的电磁动力吸振器—转子系统的动力学模型以及频率可调动力吸振器的工作原理，推导了电磁动力吸振器的等效刚度和等效阻尼的计算公式。由于电磁动力吸振器的等效刚度可以根据系统的激振频率进行调节，所以电磁动力吸振器能在宽频域内对转子进行振动控制。利用MATLAB软件仿真研究了电磁动力吸振器的吸振性能。仿真研究表明，选择合适的控制器参数kd的频率可调谐式电磁动力吸振器，具有宽频吸振性能。仿真研究了在工作转速处，转子和电磁动力吸振器的正弦激励响应和阶跃响应，综合考虑系统的稳定性、调整时间、超调量以及转子与动力吸振器之间间隙的约束条件，取kd=0.01，转子的不平衡振动减小了90％。并且仿真研究了质量比、偏磁电流、气隙宽度及控制器参数对电磁动力吸振器性能的影响。在其他参数不变的情况下，质量比、气隙宽度越大或偏磁电流越小，电磁动力吸振器的吸振性能越好。

目录

文摘

英文文摘

原创性声明及关于学位论文使用授权的声明

第一章绪论

第二章系统的结构及模型分析

第三章转子系统的动力学分析

第四章电磁动力吸振器的结构设计

第五章控制器的设计及系统仿真

第六章结论

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢