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1、磁懸浮軸承柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)變參數(shù)控制牟偉興謝振宇（南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，江蘇南京，210016）摘要：建立了五自由度磁懸浮柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)，分析了系統(tǒng)在不同控制參數(shù)下的模態(tài)頻率、模態(tài)陣型以及穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)。分析結(jié)果和初步實(shí)驗(yàn)表明，在不同的轉(zhuǎn)速區(qū)段采用不同的控制參數(shù)能夠較好的改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，抑制轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)。有利于系統(tǒng)更平穩(wěn)越過高階臨界彎曲轉(zhuǎn)速。關(guān)鍵詞:磁懸浮軸承；柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)；不平衡響應(yīng)；臨界轉(zhuǎn)速VariationalParametersControlofActiveMagnetic-BearingFlexibleRotorSystemMouWeixingXieZhen
2、yu(CollegeofMechanicalandElectricalEngineering,NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics,Nanjing,210016,China)Abstract:The5-DOFmagnetic-bearingflexiblerotorsystemexperimentaltablewasestablished,andthemodalfrequencies,themodalvectorsandthesteadyunbalanceresponsewithdifferentcontrolparamete
3、rswereanalyzedbychangingactivemagnetic-bearingsystem’scontrolparameters.TheanalysisresultsandpreliminaryexperimentsshowthatItcangreatlyimprovethesystem’sdynamicperformancebyadoptingdifferentcontrolparametersbasedontherotor’sspeed,andreducetherotor’sunbalancevibrationeffectively.Andit’sbenefic
4、ialforthesystemtopasshighercriticalspeedssteadily.Keywords:Activemagneticbearing；Flexiblerotorsystem；Unbalanceresponse；Criticalspeed10引言隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子正在向著高速、細(xì)長(zhǎng)的柔性轉(zhuǎn)子方向發(fā)展。如何將磁懸浮軸承成功的運(yùn)用到柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)中逐漸成為了磁懸浮領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。在國(guó)外，日本學(xué)者ItoM等采用模態(tài)分離控制方法實(shí)現(xiàn)了柔性轉(zhuǎn)子順利越過了三階彎曲臨界轉(zhuǎn)速[2]。在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)的谷會(huì)東、趙雷等人對(duì)主動(dòng)磁軸承支承下的柔性轉(zhuǎn)子在過臨界
5、轉(zhuǎn)速時(shí)的控制器設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，實(shí)驗(yàn)表明該控制器很好的抑制了轉(zhuǎn)子在臨界轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)[3]。文獻(xiàn)[6]通過在一般磁懸浮柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝阻尼器來提高系統(tǒng)支承阻尼，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)更平穩(wěn)的越過臨界彎曲轉(zhuǎn)速。由于柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的失穩(wěn)往往是因?yàn)橄到y(tǒng)在某個(gè)臨界轉(zhuǎn)速下的不平衡振動(dòng)過大而造成的。因此，如何較好的抑制系統(tǒng)的不平衡振動(dòng)便成為了問題的關(guān)鍵。眾所周知，在單一的控制參數(shù)下，磁懸浮軸承的等效剛度和等效阻尼很難保證在整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)段都能保持較合理的取值。因此，本文通過在不同的轉(zhuǎn)速區(qū)段采用不同的控制參數(shù)，目的是使得磁懸浮軸承系統(tǒng)能夠在不同的轉(zhuǎn)速下都能具有較合適的支承剛度和支承阻尼來更好的抑制柔性轉(zhuǎn)子在
6、整個(gè)轉(zhuǎn)速區(qū)段特別是在臨界轉(zhuǎn)速下的不平衡振動(dòng)。通過理論分析系統(tǒng)在不同控制參數(shù)下的穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)和初步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得到了不同轉(zhuǎn)速區(qū)段下較好的控制參數(shù)，組合后得到了在各轉(zhuǎn)速區(qū)段性能都較優(yōu)的穩(wěn)態(tài)不平衡響應(yīng)。同時(shí)給出了進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法。1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹1本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)采用兩個(gè)徑向磁軸承和一個(gè)軸向磁軸承來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定懸浮。通過變頻電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)。在每個(gè)徑向軸承的兩側(cè)和轉(zhuǎn)子的兩端裝有差動(dòng)電渦流傳感器來實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)。圖1為系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。其中，1.軸向傳感器定位架，2.左端徑向磁懸浮軸承（徑向1、2路），3.基座，4.軸向磁懸浮軸承（軸向5路），5.電機(jī)組件，6.實(shí)心轉(zhuǎn)子，7.
7、右端徑向磁懸浮軸承（徑向3、4路）。11圖1系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)圖1圖2單自由度系統(tǒng)傳遞函數(shù)框112系統(tǒng)等效剛度和等效阻尼圖2為單自由度磁懸浮系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖。其中，分別為系統(tǒng)的傳感器環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)、控制器環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)和功放環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)。依次為系統(tǒng)電流剛度系數(shù)和位移剛度系數(shù)。為轉(zhuǎn)子當(dāng)量質(zhì)量。表示轉(zhuǎn)子位置設(shè)定量。為干擾力。表示轉(zhuǎn)子偏移量。易知系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為：（1）由式（1）易知系統(tǒng)的等效剛度和等效阻尼如下：（2）（3）其中表示傳遞函數(shù)的實(shí)部，表示虛部。為轉(zhuǎn)子的激振頻率（振動(dòng)頻率）。若系統(tǒng)
