弹性基础对磁悬浮轴承系统动力学性能的影响研究

论文摘要

本文针对弹性基础下磁悬浮轴承转子系统的动态特性进行了研究。利用传统转子动力学的研究方法及有关理论为磁悬浮轴承转子系统建立了数学模型,为以后的试验分析提供了理论支持;以磁悬浮轴承转子系统的组成及工作原理为基础,运用有限元ANSYS建立了磁悬浮轴承转子的模型,通过模态分析模块分析该转子在刚性基础和弹性基础下的固有频率和振型;将磁悬浮轴承试验台悬挂在一根悬臂梁下,通过改变悬挂位置来改变基础刚度,在该弹性基础下,通过锤击法来测得转子的模态,并运用参数识别工具N-Modal对转子的固有频率和振型进行了识别,并对磁悬浮轴承系统在弹性基础和刚性基础下转子的模态进行了对比分析。最后分别运用模拟PID和H∞鲁棒控制算法对磁悬浮轴承试验台进行控制,在弹性基础下和刚性基础下进行了旋转试验。研究结果表明:磁悬浮轴承转子的固有频率随着弹性支承的刚度和弹性基础的刚度增大而增大;在弹性基础下,磁悬浮轴承试验台采用H∞鲁棒控制算法控制时更加稳定;在同样的控制方法下,磁悬浮轴承试验台在刚性基础下运转比在弹性基础下运转更加平稳。本文所做工作为磁悬浮轴承转子的建模、动态特性和优化设计以及在弹性基础下磁悬浮轴承转子系统的动态特性研究提供了一定的理论和试验基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 振动的概述
• 1.2 振动理论基础和现状
• 1.2.1 集中质量法
• 1.2.2 假设模态法
• 1.2.3 模态综合法
• 1.2.4 有限元法
• 1.3 磁悬浮轴承工作原理与应用
• 1.3.1 磁悬浮轴承的基本原理
• 1.3.2 磁悬浮轴承的特点
• 1.4 磁悬浮轴承的应用
• 1.5 国内外最新发展概况
• 1.6 磁悬浮轴承的发展趋势
• 1.7 论文的目的与主要工作
• 1.7.1 论文的目的
• 1.7.2 论文的主要工作
• 第二章 磁悬浮轴承转子系统的数学建模
• 2.1 刚性基础下弹性支承转子的数学建模
• 2.1.1 刚性转子的运动分析
• 2.1.2 刚性转子的模型
• 2.2 弹性基础下弹性支承转子的数学建模
• 2.2.1 柔性转子系统的数学建模
• 2.2.2 弹性基础下弹性支承转子的模型
• 2.3 本章小结
• 第三章 磁悬浮轴承转子系统的有限元模态分析研究
• 3.1 有限元法简单介绍
• 3.1.1 有限元法的基本知识
• 3.1.2 结构动力学问题的有限单元法
• 3.2 ANSYS 动力学分析
• 3.2.1 ANSYS 软件的简介
• 3.2.2 ANSYS 模态分析
• 3.3 刚性基础下磁悬浮轴承转子的ANSYS 仿真研究
• 3.3.1 无阻尼自由状态下转子的有限元仿真研究
• 3.3.2 转子在无阻尼自由状态下的试验模态分析研究
• 3.3.3 磁悬浮轴承支承转子的有限元仿真研究
• 3.4 弹性基础下磁悬浮轴承转子的ANSYS 仿真研究
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁悬浮转子系统动力特性的试验分析研究
• 4.1 试验理论基础简介
• 4.2 刚性基础下磁悬浮轴承支承转子的试验分析研究
• 4.3 试验台的搭建
• 4.3.1 弹性基础梁的结构简介
• 4.3.2 弹性基础梁的刚度分析研究
• 4.3.3 弹性基础下试验台的搭建
• 4.4 弹性基础下磁悬浮轴承支承转子的试验分析研究
• 4.4.1 位置1 处的磁悬浮轴承支承转子的试验模态分析研究
• 4.4.2 位置2，3 处的磁悬浮轴承支承转子的试验模态分析研究
• 4.4.3 弹性基础下的磁悬浮轴承支承转子的旋转试验研究
• 4.4.4 刚性基础下磁悬浮轴承支承转子的旋转试验研究
• 4.5 试验分析结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 对进一步工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文