发电机组机电耦连振动的稳定性及轴系扭振的反问题

摘要

机电耦连动力学系统是机械系统和电力系统相互耦合的非线性复杂系统。机电耦连动力学学科是一个涉及多学科的崭新的交叉学科，主要由两大基础学科交叉形成：力学学科和电学理论。机电耦连动力学系统有两个显著的特点：机电耦合的复杂性和显著的非线性特性。机电耦连动力学学科有着两方面的重要任务：(1)正确建立机电耦连动力学系统的数学模型；(2)非线性机电耦连系统的动力学分析。对于前者，一般借助机电分析动力学，从能量的观点出发，统一建立机械运动方程和电力系统方程，最终得到一个机电耦合的微分动力系统。对于后者，我们将应用非线性振动理论，分析机电耦合系统振动特性。
　　 振动反问题运算是振动问题研究的一个重要分支，被广泛应用于许多学科的研究分析工作。特征值反问题的研究是振动反问题计算的主要方向，是由给定系统的特征值及特征向量辨识系统的结构参数，如质量矩阵、刚度矩阵及阻尼矩阵。特征值反问题的研究从50年代至今已有40余年的历史。由于问题的复杂性，其发展与实际应用，不像正问题那样迅速，但问题的难度所具有的挑战性及问题的广泛应用价值正吸引越来越多的力学、数学工作者从事该领域的研究。本文应用特征值反问题的分析方法，分析研究了机电耦连动力学系统的振动反问题计算。本文的研究工作对于实际电机系统和电力系统的参数设计、稳定运行等提供了一定的理论依据。本论文的主要研究工作如下：
　　 (1)概述了机电耦连动力学的研究内容和方法，以及在此方面的科研成果；简述机电耦连动力学系统的模型建立，并对影响系统稳定性的参数进行分析。
　　 (2)概述振动反问题的研究理论、研究方法以及研究现状。并由振动反问题方法引出弹簧质量模型系统特征值反问题的理论方法。对于弹簧质量系统，在已知系统转动惯量和频率的情况下，反算系统刚度。
　　 (3)以实验室直流电动机拖动的同步发电机组模型为研究对像，研究了此四自由度机电耦连模型的特征值反问题运算，研究了在已知模型系统的转动惯量及系统振动频率的情况下反算此模型的刚度。并以此数据为基础对系统实际模型进行修正。
　　 (4)以四自由度机电耦连模型振动反问题理论方法为基础，验证了六自由度和八自由度系统机电模型的振动反问题运算。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2振动问题及振动反问题

1.2.1振动问题

1.2.2振动系统的特征值问题

1.2.3振动反问题

1.3机电耦连动力学

1.4本论文工作安排

第二章简单离散系统的振动问题及特征值反问题

2.1弹簧—质点系统振动模型

2.2含参变量的实对称矩阵特征值反问题

2.2.1含参变量矩阵的特征反问题算法

2.2.2数值解法

2.2.3 Newton迭代法

2.2.4数值验算

2.3本章小结

第三章四自由度机电模型振动反问题

3.1四质量块机电振动方程建立

3.2单位转动惯量下的特征值反问题计算

3.2.1单位转动惯量特征值反问题算法介绍

3.2.2数值验算

3.3非单位转动惯量下振动反问题

3.3.1化目标矩阵为标准型

3.3.2求标准特征方程下振动反问题

3.3.3实际工程应用

3.4本章小结

第四章多自由度机电扭振系统的振动反问题

4.1六自由度系统的反问题计算

4.2八自由度系统的反问题计算

4.3本章小结

第五章并网发电机组耦连系统的稳定性分析

5.1引言

5.2串补电容的机电耦连系统

5.3变分变换

5.4数值分析

5.5本章小结

第六章全文总结

附录

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢