基于磁流變液阻尼器的轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動主動控制研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)機(jī)械是最常見也是最重要的一類機(jī)械裝置，廣泛應(yīng)用于各工業(yè)領(lǐng)域，如電機(jī)、機(jī)床、壓縮機(jī)、汽輪發(fā)電機(jī)和航空發(fā)動機(jī)等。旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)行過程中，很多外在或內(nèi)在因素（如不平衡、不對中和裂紋等）常引起轉(zhuǎn)子振動，振動不僅是分析設(shè)備狀態(tài)的重要指標(biāo)，更是影響設(shè)備安全的重要因素。研究、分析并控制旋轉(zhuǎn)機(jī)械的轉(zhuǎn)子振動是保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。阻尼減振是轉(zhuǎn)子振動常用的控制技術(shù)，磁流變液阻尼器是一種新型智能阻尼減振裝置，由于能耗低、阻尼力大和可控性強(qiáng)等優(yōu)勢，已成功應(yīng)用

2、于建筑、橋梁等結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域，在旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動領(lǐng)域也逐漸受到關(guān)注，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，本論文提出應(yīng)用剪切式磁流變液阻尼器主動改變轉(zhuǎn)子振動系統(tǒng)自身剛度和阻尼，對轉(zhuǎn)子振動進(jìn)行實(shí)時、在線的智能優(yōu)化控制。在不改變軸系支撐形式、不停機(jī)狀態(tài)下，在線抑制軸系振動，避免因軸系振動過大而被迫停機(jī)。
　　本論文主要的工作:
　　(1)介紹了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動的主動控制與被動控制技術(shù)，研究并分析了應(yīng)用于轉(zhuǎn)子振動的主動控制策略和方法，介紹了磁流變液

3、阻尼器在轉(zhuǎn)子振動控制領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀。設(shè)計制作了剪切式磁流變液阻尼器，以剪切式磁流變液阻尼器為轉(zhuǎn)子振動控制手段，建立了磁流變液阻尼器-單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)方程，運(yùn)用Matlab/Simulink軟件進(jìn)行了仿真研究和分析，得出該磁流變液阻尼器對轉(zhuǎn)子振動的影響和抑制規(guī)律。
　　(2)根據(jù)磁流變液阻尼器-單跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的仿真和分析，提出并設(shè)計了三種主動控制策略，并進(jìn)行了仿真研究。基于轉(zhuǎn)速的開關(guān)和分段控制策略，根據(jù)轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中某些參數(shù)的變化，

4、改變控制電流，抑制轉(zhuǎn)子振動;基于振幅的閉環(huán)控制策略，能實(shí)時監(jiān)測轉(zhuǎn)子當(dāng)前振動幅值，在線改變控制電流，將轉(zhuǎn)子振動控制在期望目標(biāo)值內(nèi);基于模式搜索算法的尋優(yōu)逼近控制策略，可以實(shí)時跟蹤轉(zhuǎn)子振幅與轉(zhuǎn)速的變化，自適應(yīng)地找出適合當(dāng)前轉(zhuǎn)子振動狀態(tài)的最優(yōu)控制電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動的智能優(yōu)化控制。
　　(3)設(shè)計并搭建了磁流變液阻尼器-單跨轉(zhuǎn)子振動控制系統(tǒng)，開發(fā)了基于磁流變液阻尼器的單跨轉(zhuǎn)子振動控制系統(tǒng)軟件平臺。實(shí)驗研究并驗證了所提出控制方法的有效性和可

5、靠性。實(shí)驗表明，單跨轉(zhuǎn)子振動在共振區(qū)抑振效果可達(dá)80％，非共振區(qū)可達(dá)30％?；谵D(zhuǎn)速的開關(guān)和分段控制策略，能夠在線改變控制電流，有效抑制轉(zhuǎn)子振動;基于振幅的閉環(huán)控制策略，根據(jù)模型和經(jīng)驗公式，在線調(diào)節(jié)控制電流，將轉(zhuǎn)子振幅控制在目標(biāo)值以內(nèi);基于模式搜索法的尋優(yōu)逼近控制策略，能實(shí)時跟蹤轉(zhuǎn)子運(yùn)行過程中參數(shù)變化，有效控制轉(zhuǎn)子振動，在線搜索出最合適的控制電流，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動的智能優(yōu)化控制。
　　(4)將文中提出的主動控制方法推廣應(yīng)用于雙跨轉(zhuǎn)子系

6、統(tǒng)振動的主動控制，設(shè)計并搭建了磁流液阻尼器-雙跨轉(zhuǎn)子振動控制系統(tǒng)實(shí)驗臺，利用Labview并行編程機(jī)制，對雙跨轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行并行、相互獨(dú)立的尋優(yōu)控制?；谀Ｊ剿阉魉惴ǖ膶?yōu)逼近控制策略，能分別找出適合各跨轉(zhuǎn)子當(dāng)前工作狀態(tài)的控制電流，迅速有效的抑制各跨轉(zhuǎn)子通過兩階臨界轉(zhuǎn)速時的振動（一階臨界轉(zhuǎn)速附近振動減小37％，二階臨界轉(zhuǎn)速區(qū)減小42％）。
　　(5)為驗證尋優(yōu)逼近控制策略對復(fù)雜轉(zhuǎn)子系統(tǒng)振動控制的優(yōu)化能力，在雙跨轉(zhuǎn)子振動控制平臺上，開

7、展了大量的實(shí)驗研究工作。通過設(shè)置不同的控制參數(shù)（振動控制目標(biāo)值、振動幅值允許誤差和電流搜索步長），研究尋優(yōu)逼近控制策略的控制參數(shù)對振動控制系統(tǒng)可控精度、響應(yīng)速度與穩(wěn)定性能的影響。不同的控制精度要求（允許誤差），對系統(tǒng)尋優(yōu)逼近控制過程穩(wěn)定性會有影響;不同電流搜索步長下，搜索步長越大，系統(tǒng)尋優(yōu)速度越快，但會對控制系統(tǒng)精度和穩(wěn)定性有一定影響。實(shí)際控制過程中，需權(quán)衡系統(tǒng)的三種性能要求，在保證轉(zhuǎn)子系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能提高響應(yīng)速度和控制精度。