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主动电磁轴承μ控制器的多目标优化设计

中国电机工程学报 2023年第13期43卷 5192-5202页

作者：李渊文祝长生浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

提出一种用于主动电磁轴承μ控制器的多目标优化设计。由于用电磁轴承支撑的转子系统其固有的负刚度本质是不稳定的,需要采用闭环控制才可以稳定运行,因此环路中控制器的设计成为重要环节。实际中,电磁轴承的动态控制模型需要在平衡点... 详细信息

提出一种用于主动电磁轴承μ控制器的多目标优化设计。由于用电磁轴承支撑的转子系统其固有的负刚度本质是不稳定的,需要采用闭环控制才可以稳定运行,因此环路中控制器的设计成为重要环节。实际中,电磁轴承的动态控制模型需要在平衡点附近作线性化,因此,由于运行过程中状态的不同,会引起位移刚度和电流刚度的变化等不确定性。为考虑其影响,采用不确定参数摄动法建立电磁轴承转子模型,然后采用多目标蚁群算法进行6-DK迭代来综合μ控制器。优化结果保证闭环系统在给定不确定度时有2.57倍的稳定裕度;仿真和实验也表明所提控制器的响应性能相对于PID有明显的提升,具有更强的干扰抑制能力,该电磁轴承转子系统具有优越的内部和外部稳定性。

关键词：电磁轴承多目标优化蚁群算法 μ综合法

基于梁函数-Ritz法的圆柱壳模态特性分析

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浙江大学学报:工学版 2023年第9期57卷 1794-1803页

作者：徐港辉祝长生浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

单项梁函数作为圆柱壳轴向振型容许函数时计算精度不足,基于不同薄壳理论所得研究结果难以直接对比,为此将梁函数与Ritz法相结合,建立包含不同薄壳理论的统一方法,用于分析圆柱壳模态特性.当梁函数项数取1时,梁函数-Ritz法退化为单项梁... 详细信息

单项梁函数作为圆柱壳轴向振型容许函数时计算精度不足,基于不同薄壳理论所得研究结果难以直接对比,为此将梁函数与Ritz法相结合,建立包含不同薄壳理论的统一方法,用于分析圆柱壳模态特性.当梁函数项数取1时,梁函数-Ritz法退化为单项梁函数法,即单项梁函数法是梁函数-Ritz法的特例.通过与有限元仿真及现有文献数据的对比,澄清现有文献在梁函数是否适用于模拟圆柱壳固支或自由边界条件上存在的分歧.在不同边界条件下,总结长径比与厚径比对圆柱壳模态频率及理论计算精度的影响规律,得出不同薄壳理论的适用范围.考虑的薄壳理论包括Donnell、Reissner、Sanders及Love理论.结果表明,梁函数-Ritz法可以有效提升单项梁函数法的计算精度;Donnell理论的计算精度明显低于其他3种理论.

关键词：圆柱壳模态梁函数容许函数 Ritz法薄壳理论

主动电磁轴承-柔性转子系统振动位移的高精度跟踪和估计方法

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电工技术学报 2023年第12期38卷 3151-3164页

作者：李翁衡祝长生浙江大学电气工程学院杭州310027

工作在弯曲临界转速区的主动电磁轴承(AMBs)-柔性转子系统不能通过简单的几何关系从传感器位置的转子振动得到转子上目标位置的振动。为了实现转子系统的振动位移跟踪和估计,针对Luenberger状态观测器的观测滞后和观测器匹配条件难以满... 详细信息

工作在弯曲临界转速区的主动电磁轴承(AMBs)-柔性转子系统不能通过简单的几何关系从传感器位置的转子振动得到转子上目标位置的振动。为了实现转子系统的振动位移跟踪和估计,针对Luenberger状态观测器的观测滞后和观测器匹配条件难以满足等问题,基于二阶导数构建辅助输出,提出一种未知输入观测器(UIO)的柔性转子振动位移的高精度跟踪和估计方法。首先建立AMBs-柔性转子系统的动力学模型,阐述了Luenberger状态观测器获取转子系统振动位移的方法和滞后的不足;然后推导了基于二阶导数构建辅助输出的UIO,通过跟踪特性对比分析了UIO的优点,研究了模态可观性问题;最后在AMB-多盘柔性转子系统上进行了仿真和试验验证。结果表明,所提出的UIO能在0~6000 r/min包括刚体和一阶弯曲临界转速的全转速范围内准确地跟踪系统输出信号,并可高精度地估计转子在目标位置的振动位移。

关键词：主动电磁轴承柔性转子状态观测器

主动电磁轴承–柔性转子系统过多个临界转速区的同频振动抑制

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中国电机工程学报 2023年第14期43卷 5653-5662页

作者：李翁衡祝长生浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

为了对电磁轴承(active magnetic bearings,AMBs)–柔性转子系统在多阶弯曲临界转速范围内的同频不平衡振动行有效控制,首先建立AMBs–柔性转子系统的动力学模型,分析线性自抗扰控制器和相位偏移最小均方(least mean square,LMS)算法。... 详细信息

为了对电磁轴承(active magnetic bearings,AMBs)–柔性转子系统在多阶弯曲临界转速范围内的同频不平衡振动行有效控制,首先建立AMBs–柔性转子系统的动力学模型,分析线性自抗扰控制器和相位偏移最小均方(least mean square,LMS)算法。然后,提出一种基于相位偏移LMS的扰动跟踪补偿方法,并将相位偏移LMS算法用在同频扰动的跟踪中,以解决扩展状态观测器不能准确估计高频同频不平衡扰动的问题。接着,从补偿方法、补偿有效性和闭环系统稳定性等方面分析相位偏移LMS的补偿特性。最后,在AMBs–多盘柔性转子系统试验台上进行试验。结果表明,所提出的基于相位偏移LMS扰动补偿策略无需切换极性和相位,就能够有效地抑制柔性转子在跨越系统的刚体平动、刚体锥动、一阶弯曲和二阶弯曲临界转速区的同频不平衡振动,使转子系统在高于二阶弯曲临界转速的转速区稳定工作。

关键词：主动电磁轴承不平衡补偿柔性转子自抗扰控制同频振动抑制

基于刚性转子模型辅助线性自抗扰的电磁轴承-柔性转子系统过二阶弯曲临界转速振动控制

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中国电机工程学报 2023年第6期43卷 2413-2425页

作者：李翁衡祝长生浙江大学电气工程学院浙江省杭州市310027

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗... 详细信息

为了使支承在电磁轴承(active magnetic bearing,AMB)上的柔性转子系统以较小的振动跨越其2阶弯曲临界转速,首先建立柔性转子的状态空间模型和刚性转子的传递函数模型,得到所需刚性转子模型的参数;然后设计刚性转子模型辅助的线性自抗扰控制器;其次从增益、带宽和内置模型信息等方面分析自抗扰控制器的性能和模型辅助信息的有效性,用特征值轨迹的方法研究多输入多输出(multi-input and multi-output,MIMO)闭环柔性转子系统的稳定性;最后在一个AMB–多盘柔性转子试验台上进行试验研究。结果表明,所设计的刚性转子模型辅助线性自抗扰控制器能有效抑制柔性转子跨越2阶弯曲临界转速区的振动,改善传统自抗扰控制器的低频性能,降低噪声灵敏度。

关键词：柔性转子主动电磁轴承临界转速振动控制

基础摆动条件下电磁轴承-柔性转子系统的加速度前馈振动抑制

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振动工程学报 2023年

作者：张鹏祝长生浙江大学电气工程学院

旋转机械基础的摆动会给转子系统带来附加的陀螺力矩和惯性载荷，影响转子系统的振动及稳定性，甚至影响转子的正常运行。为了有效控制电磁轴承-柔性转子系统在基础摆动条件下的振动，提出了一种基于基础加速度的前馈补偿控制方法。该... 详细信息

旋转机械基础的摆动会给转子系统带来附加的陀螺力矩和惯性载荷，影响转子系统的振动及稳定性，甚至影响转子的正常运行。为了有效控制电磁轴承-柔性转子系统在基础摆动条件下的振动，提出了一种基于基础加速度的前馈补偿控制方法。该方法基于柔性转子系统动力学模型以及基础摆动的信息，可直接得到抑制转子振动所需的最佳补偿电流，无需迭代和复杂的控制器结构，因此具有较强的快速性和实用性。为了消除建模误差对前馈补偿控制性能的影响，给出了对补偿电流进行修正的方法。仿真分析了补偿算法对转子振动的抑制效果。在搭建的电磁轴承-柔性转子系统基础运动试验平台上，进行了基础摆动条件下转子悬浮、恒速、加速运行时的振动控制有效性试验。理论和试验结果一致表明，基础摆动产生的附加惯性载荷会使电磁轴承-柔性转子系统在垂直于摆动方向上的振动明显增大，产生的附加陀螺力矩会使沿摆动方向的振动有所增加，且增加的幅度随转子转速的升高而增大。在包含一阶弯曲临界转速的转速范围内，基础加速度前馈补偿控制对基础摆动条件下的转子振动均有显著的抑制效果。

关键词：振动抑制电磁轴承基础摆动前馈补偿

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干摩擦阻尼器转子系统无模型自适应振动控制

振动工程学报 2023年

作者：蒋明宏祝长生浙江大学电气工程学院

针对用主动式干摩擦阻尼器对转子系统的振动进行主动控制的问题，提出了一种应用虚拟参考反馈整定技术优化初参数的无模型自适应控制策略。利用二维干摩擦动力学模型分析了主动式干摩擦阻尼器转子系统的不平衡响应，设计了与系统响应特... 详细信息

针对用主动式干摩擦阻尼器对转子系统的振动进行主动控制的问题，提出了一种应用虚拟参考反馈整定技术优化初参数的无模型自适应控制策略。利用二维干摩擦动力学模型分析了主动式干摩擦阻尼器转子系统的不平衡响应，设计了与系统响应特性相匹配的振动主动控制策略；采用紧格式的动态线性化模型设计了无模型自适应控制方法；针对算法初参数选取困难的问题，提出了基于虚拟参考反馈整定的控制器初参数选取方法，讨论了离线数据生成参数的选取规则。为验证所提控制策略的有效性，以一主动式干摩擦阻尼器双盘柔性转子系统为例进行了数值仿真。结果表明：所提的控制策略仅通过对干摩擦阻尼器进行一次参数离线整定就能够有效地控制转子系统在过临界转速区的振动；在稳态转速下，控制策略可以仅在振动过大时才产生作用，使转子系统的振动保持在允许的安全范围内。

关键词：振动控制无模型自适应控制转子系统干摩擦阻尼器虚拟参考反馈整定

基础冲击作用下弹性支撑的电磁轴承?柔性转子系统振动特性及瞬态振动主动抑制策略

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振动工程学报 2023年

作者：张鹏祝长生李翁衡浙江大学电气工程学院

冲击是一种常见而又非常特殊的激励，与其他持续性激励相比，其具有作用时间短，但输出能量大的特点，使作用对象产生瞬态的振动，影响系统的正常运行。本文将电磁轴承-柔性转子系统安装在弹性支撑的基础上，研究了双半正弦波、半正弦... 详细信息

冲击是一种常见而又非常特殊的激励，与其他持续性激励相比，其具有作用时间短，但输出能量大的特点，使作用对象产生瞬态的振动，影响系统的正常运行。本文将电磁轴承-柔性转子系统安装在弹性支撑的基础上，研究了双半正弦波、半正弦波、正弦波、三角波和双三角波5种冲击激励下弹性支撑基础的振动特性，得到了不同冲击激励参数对弹性支撑基础的加速度的影响规律。为了抑制基础冲击激励条件下弹性支撑的电磁轴承-柔性转子系统的振动，提出了一种基于基础加速度的转子系统瞬态振动补偿控制策略。最后在设计的电磁轴承-柔性转子系统试验平台上，进行了多种冲击激励条件下弹性支撑基础的振动特性试验，以及安装在弹性支撑基础上的电磁轴承-柔性转子系统的瞬态振动抑制试验。结果表明：冲击激励下，弹性支撑基础的加速度和电磁轴承-柔性转子振动均表现出明显的冲击特征，振动的特性随着冲击激励形式的不同而变化。基于基础加速度的转子系统瞬态振动补偿控制算法能够有效地抑制基础冲击激励对转子振动的影响。

关键词：电磁轴承基础冲击前馈补偿振动抑制

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流体黏性对部分充液柔性转子稳定性的影响

浙江大学学报（工学版） 2004年第4期38卷 484-489页

作者：祝长生浙江大学电气工程学院浙江杭州310027

研究了部分充有不同黏性流体柔性转子系统的失稳过程、失稳过程中转子系统的动力特性、不稳定区内转子的涡动特性以及流体的黏性和充液量对转子系统动力特性的影响.结果表明对于充有高黏度流体的转子系统,在理论分析时必须采用黏性流体... 详细信息

研究了部分充有不同黏性流体柔性转子系统的失稳过程、失稳过程中转子系统的动力特性、不稳定区内转子的涡动特性以及流体的黏性和充液量对转子系统动力特性的影响.结果表明对于充有高黏度流体的转子系统,在理论分析时必须采用黏性流体模型.随着流体黏度的增大,转子的不稳定区明显缩小并向低转速方向移动,在不稳定区上边界位置的滞后区明显缩小甚至消失.转子在不稳定区内的涡动频率既不是一个固定的频率,也不是转子系统的某阶固有频率.转子的涡动频率随转速或流体黏度的增大而增大,随充液量的增大而减小.

关键词：流体黏性转子动力学稳定性旋转流体柔性转子系统立式离心分离机