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磁悬浮轴承横向磁通传感器设计与分析

仪器仪表学报 2023年第9期44卷 226-236页

作者：金超武叶周铖周瑾徐园平南京航空航天大学机电学院南京210016

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。随磁悬浮轴承技术的发展,对横向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文针对灵... 详细信息

横向磁通传感器因结构紧凑和高检测精度在磁悬浮轴承系统中具有广阔的应用前景。随磁悬浮轴承技术的发展,对横向磁通传感器的检测性能提出了更高要求。为进一步提升横向磁通传感器的性能,满足磁悬浮转子高精度位移监测需求,本文针对灵敏度指标对传感器进行设计与分析。通过建立传感器的数学模型和电磁场有限元分析,研究了激励频率和线圈参数之间的关系。对传感器线圈匝数与灵敏度的相关性进行了数值研究,从检测转子的角度分析了趋肤效应对传感器灵敏度的影响。设计了传感器信号处理电路实现由位移信号到电压信号的转换,并搭建实验平台对传感器的输出特性进行测量。实验结果表明,当灵敏度为20 mV/μm、检测范围为±500μm时,传感器的线性度为0.69%,且具有良好的动态特性,适用于磁悬浮轴承系统的转子高精度径向位置检测。

关键词：横向磁通传感器磁悬浮轴承系统灵敏度激励频率

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基于API617的磁悬浮流体机械振动与稳定性评估

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西南交通大学学报 2024年

作者：张越徐园平周瑾周扬南京航空航天大学机电学院

为了评估磁悬浮流体机械设计的合理性和运行的可靠性，应用API617标准对其振动和稳定性进行分析。首先对API617标准中关于磁悬浮流体机械的相关规范和要求进行介绍，然后以一台磁悬浮风机为研究对象，基于API617标准开展转子动力学分析... 详细信息

为了评估磁悬浮流体机械设计的合理性和运行的可靠性，应用API617标准对其振动和稳定性进行分析。首先对API617标准中关于磁悬浮流体机械的相关规范和要求进行介绍，然后以一台磁悬浮风机为研究对象，基于API617标准开展转子动力学分析、闭环传递函数测试、振动分析、稳定性评估等工作。结果表明各项指标均满足API617标准要求：转子运行转速与临界转速充分分离，设计合理；磁悬浮转子系统建模准确，可用于预测转子的动力学行为；径向和轴向磁悬浮轴承系统的灵敏度传递函数峰值满足长期稳定运行要求；运行转速下转子振动远小于振动极限要求。

关键词：磁悬浮流体机械磁悬浮轴承 API617标准振动分析稳定性评估

考虑界面接触的磁悬浮轴承-转子系统建模及鲁棒控制

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西南交通大学学报 2024年第4期59卷 755-765页

作者：周扬周瑾王艺宇张越徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考... 详细信息

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考虑界面接触的动力学模型进行仿真预测,获得振动频率的变化范围;其次,通过频响拟合的方式对转子传递函数进行重构,并将仿真得到的振动频率变化范围以加性不确定性方式引入到重构传递函数中,得到考虑模态频率不确定性的被控对象模型;最后,基于该模型设计兼顾参数摄动和外力扰动的鲁棒性、闭环系统稳定性和防止控制电压饱和等多功能的H∞鲁棒控制器.数值仿真结果表明:该控制器在模态频率处具有宽频带阻的频响特性,能够抑制磁悬浮轴承转子系统的弯曲模态振动;采用该方法设计的H∞鲁棒控制器后,转子弯曲模态振动幅值最少减小90%.

关键词：主动磁悬浮轴承界面接触模态振动鲁棒控制

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抗磁悬浮研究综述

机械工程学报 2019年第2期55卷 214-222页

作者：徐园平周瑾金超武 BLEULER Hannes 南京航空航天大学机电学院南京210016 瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)

抗磁悬浮技术利用物质的抗磁特性,无需外界能量输入即可实现常温被动静态稳定悬浮,获得众多学者的关注。尤其是近30年来,随着微细制造与强磁场技术的发展,抗磁悬浮相关研究持续增加。目前,国外众多研究机构基于抗磁悬浮原理已经开展了... 详细信息

抗磁悬浮技术利用物质的抗磁特性,无需外界能量输入即可实现常温被动静态稳定悬浮,获得众多学者的关注。尤其是近30年来,随着微细制造与强磁场技术的发展,抗磁悬浮相关研究持续增加。目前,国外众多研究机构基于抗磁悬浮原理已经开展了较为丰富的相关研究工作,但国内在该领域的研究成果相对较少,研究内容较为单一。针对国内该领域这一研究现状,从抗磁悬浮机理、抗磁悬浮特点及抗磁悬浮相关应用研究成果进行全面的综述。提出抗磁悬浮不仅具备无磨损、无需润滑、低能耗等优点外,还具有常温被动静态稳定悬浮、微纳米尺度应用、低刚度等特点;指出该技术在微纳旋转机械、振动能量捕获、高灵敏度传感器、生物细胞/微粒子操纵等领域具有非常广阔的应用前景。为国内学者开展相关抗磁悬浮研究提供了综述资料。

关键词：抗磁悬浮机理特点应用:综述

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磁悬浮分子泵转子振动抑制研究

振动与冲击 2024年第1期43卷 116-122页

作者：姚润晖周瑾丁嵩张越徐园平南京航空航天大学机电学院南京210016

磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转... 详细信息

磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转子系统数学模型,求解得出转子涡动模态频率,根据该模型分析了滤波交叉反馈控制器对涡动模态振动的抑制效果,并且设计了陷波器用于抑制不同转速下的转子弯曲模态振动。试验结果表明,磁悬浮分子泵稳定升速至工作转速18000 r/min,转子振动位移为35μm,弯曲模态振动以及涡动模态振动得到了有效抑制。

关键词：磁悬浮分子泵交叉反馈控制陷波滤波器振动抑制

基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器设计

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浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1072-1079页

作者：唐洪洲周瑾金超武徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感... 详细信息

为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.

关键词：位移传感器并联谐振测量电路灵敏度磁悬浮轴承

局域性变化引发共轭高聚物发光的跃迁禁戒和共轭高聚物纤维激光的动力学演化

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局域性变化引发共轭高聚物发光的跃迁禁戒和共轭高聚物纤维激光的...

作者：徐园平浙江师范大学

学位级别：硕士

通过结合电子的输运过程、电偶极矩的演化、电声相互作用,利用分子分子动力学计算,说明共轭高聚物中单线态激子的跃迁,如PLED,很大程度上决定于电偶极矩的演化。在没有外电场时,单线态激子的寿命约为1ns,一旦施加的电场超过一定值,伴随... 详细信息

通过结合电子的输运过程、电偶极矩的演化、电声相互作用,利用分子分子动力学计算,说明共轭高聚物中单线态激子的跃迁,如PLED,很大程度上决定于电偶极矩的演化。在没有外电场时,单线态激子的寿命约为1ns,一旦施加的电场超过一定值,伴随着电声相互作用,原来的晶格结构演化出两个局域的状态,这与实验结果一致。由于新的晶格结构和自陷效应,电偶极矩在5fs内迅速减为零,单线态激子的跃迁被禁止。共轭高聚物中纳米纤维激光的辐射主要经历两个非传统的过程：微观载流子结构的演化和宏观的激射光散射。由随机排列的纳米纤维构成的共轭高聚物,如聚噻吩,在外界泵浦光的激发下,伴随着高聚物纤维链上局域晶格畸变的自陷效应,链上的周期性晶格结构被破坏。随着泵浦光的继续激发,单维高聚物纤维中单线态激子的电子数发生反转。外部增益,结合纳米纤维束中激光的多重散射,以及辐射电场的相位空间分布,最后将纤维束中的激光定位。同时,局域化的纳米纤维激光、多重散射取代了传统谐振腔的相位调节,使激光腔仅由随机分布的高聚物纤维构成,从而显示出高聚物纳米纤维激光中“隐藏”的谐振腔。

关键词：激子共轭高聚物随机激光动力学

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基础激励下磁悬浮转子系统动力学建模与分析

振动与冲击 2022年第17期41卷 35-47,72页

作者：沈权周瑾马彦超徐园平张越南京航空航天大学机电学院南京210016

以旋转设备基础发生振动的磁悬浮转子为对象,建立了考虑基础激励、重力扰动、附加惯性力矩,不平衡等影响的磁悬浮转子动力学模型。通过等效刚度阻尼模型分析了基础激励参数与电控参数对系统稳定性的影响,仿真研究了基础激励作用下磁悬... 详细信息

以旋转设备基础发生振动的磁悬浮转子为对象,建立了考虑基础激励、重力扰动、附加惯性力矩,不平衡等影响的磁悬浮转子动力学模型。通过等效刚度阻尼模型分析了基础激励参数与电控参数对系统稳定性的影响,仿真研究了基础激励作用下磁悬浮转子轨迹与振动幅值的动力学特性。研究表明,基础激励不仅引入了外部激励,也影响转子系统的支承特性;系统稳定性应主要考虑基础激励过载引起的失稳;基础激励下磁悬浮转子表现出复杂的动力学特征,基础转动会使转子自由度之间发生耦合,基础平动与转动之间也会产生耦合作用,同时还要注意基础运动频率和特定频率下复合运动对转子位移的影响。

关键词：转子动力学基础激励稳定性振动特性

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抗磁悬浮静电电机悬浮与驱动特性研究

机械工程学报 2022年第19期58卷 104-114页

作者：徐园平凌日旺周瑾金超武南京航空航天大学机电学院南京210016

微型电机随着特征尺度的降低,其表面效应凸显,摩擦问题急剧突出。抗磁悬浮技术具有无摩擦、被动自稳定、尺度效应下浮重比显著提升等特点,是解决微型电机机械摩擦问题的一种有效途径。提出了一种基于抗磁悬浮静电驱动的微型电机方案,研... 详细信息

微型电机随着特征尺度的降低,其表面效应凸显,摩擦问题急剧突出。抗磁悬浮技术具有无摩擦、被动自稳定、尺度效应下浮重比显著提升等特点,是解决微型电机机械摩擦问题的一种有效途径。提出了一种基于抗磁悬浮静电驱动的微型电机方案,研制了转子直径为10 mm的定子下置式微型抗磁悬浮静电电机;基于永磁体电流等效模型,推导了抗磁悬浮静电电机磁通密度表达形式,建立了抗磁悬浮力的数学模型,获得了悬浮力与悬浮高度的关系并进行了实验验证;基于电容静电能原理,建立了抗磁悬浮静电电机的驱动力矩数学模型,获得了静电驱动力与定子输入电压、悬浮高度的关系并进行了实验验证;开展了旋转实验研究,分析了输入电压、环境湿度对转速的影响规律,获得了抗磁悬浮静电电机的驱动特性。本研究将会为高性能微型抗磁悬浮静电电机的研究提供支撑。

关键词：抗磁悬浮静电电机驱动特性建模湿度