【摘 要】
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电磁抑振器是一种用来抑制转子系统不平衡振动的设备,是在主动电磁轴承的基础上发展而来,采用了可拆分式的结构。它可以在不对其他机械设备进行拆卸的情况下进行安装,并且在无机械接触和润滑的条件下通过电磁力对转子施加控制作用,能够极大地改善转子系统的运转状况,甚至可以把发生故障的转子的振动情况抑制到故障发生之前的水平,使转子系统能够在特定条件下带伤服役一段时间。本文以电磁抑振器为研究对象,进行了电磁抑振器基
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(项目编号:No.51875093),薄壳工件-电主轴系统热机一体化建模及其铣削稳定性研究; 教育部中央高校基本科研业务专项资助(项目编号:N180304017),主动电磁轴承-裂纹故障柔性转子系统不平衡抑制研究;
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电磁抑振器是一种用来抑制转子系统不平衡振动的设备,是在主动电磁轴承的基础上发展而来,采用了可拆分式的结构。它可以在不对其他机械设备进行拆卸的情况下进行安装,并且在无机械接触和润滑的条件下通过电磁力对转子施加控制作用,能够极大地改善转子系统的运转状况,甚至可以把发生故障的转子的振动情况抑制到故障发生之前的水平,使转子系统能够在特定条件下带伤服役一段时间。本文以电磁抑振器为研究对象,进行了电磁抑振器基于卡尔曼滤波算法的抑振降噪研究、电磁抑振器在呼吸裂纹转子系统中应用的仿真研究及其实验研究,主要的研究内容如下:(1)介绍了卡尔曼滤波算法的原理及迭代过程,并将该算法应用到电磁抑振器系统中,用以消除电磁抑振器系统工作过程中的过程噪声和测量噪声。建立了转子系统的有限元模型,并将经过卡尔曼滤波算法的电磁力添加到转子系统的动力学方程中。在存在噪声的情况下,通过时域图、轴心轨迹图、频谱图以及Poincare图对卡尔曼滤波前后转子系统输出的振动位移响应及电磁抑振器线圈中的电流响应进行了对比分析,结果表明卡尔曼滤波算法可以有效地消除噪声对电磁抑振器系统运行过程的干扰,提高电磁抑振器的抗噪声能力。并进一步对不同噪声强度、不同转速以及不同控制器参数下的滤波效果进行了分析,结果表明卡尔曼滤波算法在不同条件下都能保持良好的效果。(2)将电磁抑振器应用到呼吸裂纹转子系统的振动抑制研究中。通过理论推导得到含横向裂纹轴段的附加柔度系数矩阵,并采用余弦呼吸模型建立呼吸裂纹转子系统的有限元模型。通过时域图、轴心轨迹图、频谱图以及Poincaré图对加入电磁抑振器前后呼吸裂纹转子系统的振动响应进行了对比和分析,结果表明电磁抑振器可以极大地改善裂纹故障转子系统的运行状况;通过分叉图和瀑布图等分析了控制器参数的改变对电磁抑振器效果的影响,发现等效比例系数对振动抑制效果的影响较大,等效比例系数越大,转子振动位移的幅值越小,但过大的等效比例系数容易导致系统失稳;等效微分系数主要影响位移超调量,适当地增大等效微分系数可以降低位移超调量;偏置电流也会对抑振效果产生影响,随着偏置电流的增大,振动位移幅值和裂纹对转子系统振动位移的影响程度均呈现出先减小后增大的趋势。(3)通过对电磁抑振器的机械结构、各个电子设备以及数据采集设备的性能和技术指标的细致研究,完成了电磁抑振器-呼吸裂纹转子系统实验台的设计和搭建,进行了相关实验研究并将采集的数据进行处理得到振动响应的时域图和频谱图。将处理后的实验结果与仿真结果进行对比分析,发现实验结果和仿真结果虽然在具体数值上存在着一些差异,但在整体的趋势上仍保持了一致,验证了理论仿真的正确性,为裂纹转子的振动控制提供了一定的现实依据。
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