车载飞轮电池转子动态特性仿真与研究

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车载磁悬浮飞轮电池作为动力电池可以实现机械能与电能的相互转换,但是车辆不同运动状态会使飞轮转子受到各向激励发生扰动干扰系统稳定运行。本文利用建模仿真软件搭建飞轮电池转子等效模型,通过验证试验证明模型准确性,探究车辆不同运动工况对飞轮转子动态性能的影响并分析总结其动态特性。  本文对飞轮转子组件进行受力分析,推导出转子振动广义数学模型。对飞轮电池进行简化处理,使用CATIA完成飞轮转子组件零件造型,使用ADAMS和MATLAB分别搭建飞轮动力学模型与PID控制的系统控制模型并完成了控制参数整定。在实验台上完成了磁悬浮飞轮电池静态悬浮试验,对比磁悬浮飞轮转子静态悬浮仿真结果验证了模型准确性。联合仿真加速、减速及转向工况下转子动态性能变化,继而得到相对应工况下转子的动态特性。  研究结果表明,磁悬浮飞轮转子受到外部激励的影响在极短时间内发生偏移时,能够在控制系统调节下快速调整回到稳定平衡位置,最终实现稳定工作。起动和制动运动过程中,除加速度方向外,加速度数值越大,转子径向最大偏移量越大,到达径向最大偏移量的时间越短,但调整时间基本不变约为0.25s,径向最大空气间隙允许范围内的最大加速度为11.43m/s2,飞轮转子的偏移响应是汽车行驶带来的额外激励和转子自身存在的不平衡共同引起的强迫振动。转向运动过程中,转弯半径一定时,转向车速越大,转子径向最大偏移量越大,到达径向最大偏移量的时间越短;转向车速保持不变时,转子径向最大偏移量随转弯半径的减小而变大,但是总的调整时间不变约为0.29s,转子的偏移响应是汽车转向运动引起的附加离心力激励和转子自身不平衡力共同作用引起的强迫振动。此外,根据转向车速与转弯半径关系得到了转向最高安全车速。
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