用于高速旋转机械的电磁辅助支承的研究

【摘要】：高速旋转机械的振动问题一直是人们关注的热点。为了保证高速旋转机械长周期平稳的运行，人们希望能够在机组运行过程中对机组的振动实施主动或被动控制。在引起转子振动的因素中，不平衡量和不对中最为常见。对于不平衡量引起的振动，前人做了大量有益的工作，提出了弹性阻尼支承和动平衡减振理论和方法。对于不对中，目前仅限于动力特性研究和监测上。 作为弹性阻尼支承，电磁轴承从原理上讲，不仅可以降低由不平衡量引起的振动，而且可以在线消除转子系统的不对中。但是从发表的论文来看，人们对电磁轴承的研究还集中在可靠性，控制方法，主动减振及结构简化等方面，对在线消除不对中故障这方面的研究很少涉及。 本文在总结弹性阻尼支承减振和电磁轴承发展的基础上，进行了以下几方面的工作： 1．结合弹性阻尼减振理论和电磁轴承原理，提出了一种新型的支承结构——电磁辅助支承。它是将电磁执行器安装在主支承上的一种弹性阻尼支承，其中主支承提供支承的主刚度，电磁执行器根据需要提供附加的刚度和阻尼。文中详细介绍了电磁辅助支承的工作原理，并对主支承和电磁执行器的结构、刚度等提出了参数设计准则。 2．对电磁辅助支承的被动式控制减振进行了研究。根据减振机理的不同，详细分析了恒压源被动式减振和恒流源被动式减振，并分别建立了减振数学模型。同时在一四自由度电磁辅助支承实验系统中，验证了两个被动减振模型，总结出了两种被动式减振的区别：当提供的电源为恒压源时，电磁辅助支承中的控制执行器主要表现出阻尼的特性；当提供的电源为恒流源时，控制执行器仅提供负刚度，从而使整个支承刚度降低，转子临界转速下降，此时宜采用变刚度控制。 3．通过分析实时控制环节中比例控制系数P和微分时间系数T_d对电磁执行器提供的附加刚度和阻尼的影响，提出了电磁辅助支承系统主动控制器设计中需要注意和遵循的设计准则。并根据该准则，设计了变刚度减振控制和变阻尼减振控制，并分别在电磁辅助支承实验台上进行了实验，取得了较好的减振效果。 4．利用电磁辅助支承结构上的特点，对其在不对中在线识别和在线消除中 浙王〔大学博士学位论文 的应用进行了初步性的探索。并根据不对中模型的精确与否，提出了两种控制 策略:不对中自寻最优控制和不对中前馈自学习控制。并对每种控制策略进行 了实验验证，取得了较好的不对中校正效果。 5.考察了电磁辅助支承中铁芯偏心对系统的影响及系统的稳定性，分析了 电磁执行器移动转子位置时的瞬态响应，最后归纳了电磁辅助支承在使用中要 注意的问题。