PDF《推力主动磁轴承的动特性参数辨识》

? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.

All rights reserved. http://www.cnki.net 第22 卷第4期摩擦学学报Vo l 22, No

4 2002 年7月TR I BOLO GY July,

2002 推力主动磁轴承的动特性参数辨识 沈钺1 , 王世琥1 , 虞烈1 , 何益盛2 (1. 西安交通大学 润滑理论与轴承研究所, 陕西 西安 710049;

2. 香港理工大学 机械工程系, 香港 九龙) 摘要: 针对五自由度刚性非对称磁轴承2转子系统, 建立了系统动力学模型, 在此基础上推导出系统动特性参数辨识 公式, 并用多频电流激励法辨识出参数. 与理论计算结果相比表明: 系统所建模型符合实际, 辨识方法有效;

径向轴承 在x和y方向上的力2刚度和力2电流系数相同, 与推力轴承对应系数相比稍大;

推力轴承对转子横向振动产生的耦合 效应明显影响系统的稳定性, 在设计系统时必须加以考虑. 关键词: 磁轴承2转子系统;

多频电流激励法;

最小二乘法;

系统辩识 中图分类号: TM 359;

TP273 文章标识码: A 文章编号:

100420595 (2002)

0420290205 主动磁轴承是一种新型的高性能轴承[1 ] , 与传统 轴承相比, 具有无磨损、 能耗低、 无润滑、 无油污染、 使 用寿命长等特点, 已广泛用于汽轮发电机、 空气压缩 机以及卫星天线定位系统等 . 在磁轴承2转子系统中, 磁轴承的动特性系数直接影响着系统动力学分析, 如 临界转速计算、 不平衡响应分析和稳定性分析等[2 ] . 目前, 在大部分的文献中[3 ~

7 ] , 所辨识的参数对象主 要是针对径向磁轴承的动特性系数, 而并未考虑推力 磁轴承以及推力磁轴承对转子横向振动的影响 . 当磁 轴承2转子系统结构非对称时, 推力轴承对转子横向 振动的耦合效应将导致系统不稳定, 因此辨识由推力 磁轴承引起的动特性参数很有必要 . 本文作者针对五 自由度单盘非对称刚性磁轴承2转子系统, 探讨该系 统的数学模型, 并借鉴传统油轴承2转子系统的参数 辨识思想, 辨识出磁轴承系统的动特性参数 .

1 推力磁轴承动特性系数定义 图1为我们所研究的五自由度非对称刚性磁轴 承2转子系统结构示意图 . 图中 la 和lb 分别为径向磁 轴承 a、 b 距转子质心 o 的距离 . lsa 和lsb分别为径向传 感器 a 和b距转子质心 o 的距离 . 图2示出了推力磁 轴承的结构示意图, 其中 Υ和7为转子动态时的倾 斜角 . 当推力盘在平衡位置附近作小扰动时, 推力磁轴 承的动态力和动态力矩可以由一组力和力矩刚度系 F ig

1 Structure of m agnetic bearing2ro to r system 图1磁轴承2转子系统结构 F ig

2 Structure of thrust bearing 图2推力磁轴承的结构 数线性地表示为: ?Fz ?M x ?M y = k c zz k c zΥ k c z7 k c z iz k c m x z k c m x Υ k c m x

7 k c m x iz k c m yz k c m y Υ k c m y

7 k c m y iz ?z ?Υ ?7 ? iz . (1) 基金项目: 香港政府研究基金资助项目 (PolyU

5115 98E). 收稿日期: 2001208221;

修回日期:

2001211221 联系人沈钺, E2 m ail: shenyue98@371. net. 作者简介: 沈钺, 男,

1974 年生, 博士研究生, 主要从事电磁轴承理论方面的研究. ? 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 式中各系数的定义如下[1 ] : k c zs= 5Fz 5s , k c m x s=

5 M x 5s , k c m ys=

5 M y 5s . (s= z , Υ ,

7 , iz ) (2) 力刚度系数 k c zs表示因广义位移 s 所引起的 z 方向上 力的变化率;