基于磁流變液阻尼器的轉子系統(tǒng)振動主動控制研究.pdf

1、旋轉機械是最常見也是最重要的一類機械裝置，廣泛應用于各工業(yè)領域，如電機、機床、壓縮機、汽輪發(fā)電機和航空發(fā)動機等。旋轉機械運行過程中，很多外在或內在因素（如不平衡、不對中和裂紋等）常引起轉子振動，振動不僅是分析設備狀態(tài)的重要指標，更是影響設備安全的重要因素。研究、分析并控制旋轉機械的轉子振動是保證設備穩(wěn)定運行的關鍵。阻尼減振是轉子振動常用的控制技術，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等優(yōu)勢，已成功應用

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

3、阻尼器在轉子振動控制領域的研究現(xiàn)狀。設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子振動控制手段，建立了磁流變液阻尼器-單跨轉子系統(tǒng)動力學方程，運用Matlab/Simulink軟件進行了仿真研究和分析，得出該磁流變液阻尼器對轉子振動的影響和抑制規(guī)律。
　　(2)根據(jù)磁流變液阻尼器-單跨轉子系統(tǒng)的仿真和分析，提出并設計了三種主動控制策略，并進行了仿真研究。基于轉速的開關和分段控制策略，根據(jù)轉子運行過程中某些參數(shù)的變化，

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

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

6、統(tǒng)振動的主動控制，設計并搭建了磁流液阻尼器-雙跨轉子振動控制系統(tǒng)實驗臺，利用Labview并行編程機制，對雙跨轉子系統(tǒng)進行并行、相互獨立的尋優(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子當前工作狀態(tài)的控制電流，迅速有效的抑制各跨轉子通過兩階臨界轉速時的振動（一階臨界轉速附近振動減小37％，二階臨界轉速區(qū)減小42％）。
　　(5)為驗證尋優(yōu)逼近控制策略對復雜轉子系統(tǒng)振動控制的優(yōu)化能力，在雙跨轉子振動控制平臺上，開

7、展了大量的實驗研究工作。通過設置不同的控制參數(shù)（振動控制目標值、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。實際控制過程中，需權衡系統(tǒng)的三種性能要求，在保證轉子系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下，盡可能提高響應速度和控制精度。