磁悬浮轴承动态支承参数的辨识研究

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磁悬浮轴承的支承特性是研究磁悬浮轴承转子动力学特性的基础,准确辨识磁悬浮轴承的支承参数是优化设计控制器,保证转子高速稳定运行的前提。本文主要研究了磁悬浮轴承支承参数的辨识方法。精确的磁悬浮轴承转子有限元模型对转子动态特性的研究有着重要的作用。对于磁悬浮轴承转子的硅钢片圈、传感器基准环和光轴的过盈配合,有限元建模中采用简化处理,使得转子弯曲刚度产生误差。为了获得精确的磁悬浮轴承转子有限元模型,本文采用了响应面法对转子有限元模型进行修正。以模态频率和振型相关系数(MAC)为目标建立响应面,对转子的有限元模型进行修正。建立的响应面精度满足要求,采用此响应面修正后的有限元模型分析的模态参数和试验值基本一致。结果表明,应用此方法修正后的有限元模型更加精确。磁悬浮轴承支承参数的辨识方法一般均建立在刚性转子模型的基础上。当转子的转速接近临界转速时,转子会产生明显的弯曲变形,应用刚性转子模型辨识的支承参数的误差急剧增大。针对高速转子产生弯曲变形的问题,本文提出基于有限元法的磁悬浮轴承支承参数辨识方法。建立转子有限元动力学方程,通过动力学方程推导出转子内部未知节点的位移表达形式,以此简化辨识过程并辨识出轴承刚度阻尼系数。研究了基于混合遗传算法的磁悬浮轴承刚度阻尼系数的辨识方法,首先利用传递矩阵法建立轴承转子系统动力学模型,并计算初始轴承支承参数下的不平衡响应和试验值的残差向量,再利用混合遗传算法优化出磁悬浮轴承支承参数。通过加载不平衡质量进行了不平衡激励试验。并通过仿真模型进行验证,仿真结果和试验值高度一致,表明两种方法都可以准确地辨识出磁悬浮轴承支承参数。最后,研究了磁悬浮轴承刚度阻尼系数的影响因素。首先通过变换系统的不平衡激励,研究磁悬浮轴承支承参数对不同激励的灵敏度。然后,比较不同辨识方法对辨识结果的影响,对比分析了文中混合遗传算法和有限元法辨识结果的区别,得出了两种方法都能有效地辨识出磁悬浮轴承支承参数的结论。
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