電磁軸承-柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多目標(biāo)加權(quán)的主動振動控制

蔣科堅(jiān), 祝長生

(1. 浙江理工大學(xué) 信息學(xué)院,浙江 杭州 310018; 2. 浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院,浙江 杭州 310027)

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電磁軸承-柔性轉(zhuǎn)子系統(tǒng)多目標(biāo)加權(quán)的主動振動控制

蔣科堅(jiān)1,2, 祝長生2

(1. 浙江理工大學(xué) 信息學(xué)院,浙江 杭州 310018; 2. 浙江大學(xué) 電氣工程學(xué)院,浙江 杭州 310027)

為了避免影響系數(shù)法求解出一個過大的校正力計(jì)算結(jié)果,解決由此造成的電磁力飽和以及轉(zhuǎn)子懸浮失穩(wěn)問題,拓展基于最小二乘法的影響系數(shù)法,提出多目標(biāo)價(jià)值函數(shù)混合加權(quán)的柔性轉(zhuǎn)子振動主動控制方法.利用多個目標(biāo)價(jià)值函數(shù)的加權(quán)設(shè)計(jì),不僅實(shí)現(xiàn)了多個節(jié)點(diǎn)振動之間按權(quán)值實(shí)現(xiàn)振動抑制,而且能夠在不同量綱的振動幅值和所需電磁力之間實(shí)現(xiàn)權(quán)衡.算例仿真表明,提出的控制方法可以在實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子振動控制的同時,顧及到電磁軸承(AMB)電磁力的能力極限.在轉(zhuǎn)子振動能夠控制在允許的范圍內(nèi),適當(dāng)減小對電磁力的需求,降低對電磁軸承的功率要求.

柔性轉(zhuǎn)子；電磁軸承(AMB)；影響系數(shù)法；主動振動控制

主動電磁軸承(active magnetic bearing, AMB,以下簡稱電磁軸承) 是一種新型的轉(zhuǎn)子磁懸浮支承技術(shù).電磁軸承作為轉(zhuǎn)子振動主動控制器件,可以通過施加電磁力對轉(zhuǎn)子振動進(jìn)行主動控制.電磁軸承的懸浮支承為轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動力學(xué)和轉(zhuǎn)子振動抑制提出了新的研究內(nèi)容.

從原理上區(qū)分,柔性轉(zhuǎn)子的振動控制方法可以分為兩大類：模態(tài)法(modal method)和影響系數(shù)法(influence coefficient method).模態(tài)法的基本思想是根據(jù)轉(zhuǎn)子不平衡量可以按振動模態(tài)分解成多個正交不平衡分量,每一分量只能激勵起相應(yīng)的一個振動模態(tài)的動力學(xué)理論.影響系數(shù)法直接以激勵力和轉(zhuǎn)子節(jié)點(diǎn)振動之間的關(guān)系實(shí)現(xiàn)控制.與模態(tài)法不同,影響系數(shù)法的最大優(yōu)點(diǎn)是與轉(zhuǎn)子的振動模態(tài)信息無關(guān),不依賴于控制對象的數(shù)學(xué)模型.實(shí)踐證明,在轉(zhuǎn)子振動的線性范圍內(nèi),采用影響系數(shù)法可以獲得較好的控制效果.

柔性轉(zhuǎn)子動力學(xué)及其振動控制研究已有較長的歷史,但有關(guān)采用電磁軸承抑制柔性轉(zhuǎn)子振動的研究相對較少.Stephen[1]指出對柔性轉(zhuǎn)子的振動控制,無法通過轉(zhuǎn)子上有限數(shù)量的位置(離散的,有限個節(jié)點(diǎn))施加電磁力,消除整個連續(xù)轉(zhuǎn)子的振動,并提出多目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的柔性轉(zhuǎn)子振動抑制方法.Arias等[2]為雙盤柔性轉(zhuǎn)子建立有限元模型,每個軸端視為歐拉梁模型,開展不平衡振動的建模和控制.Tseng等[3]提出根據(jù)影響系數(shù)法計(jì)算不平衡量,以卡爾曼濾波器實(shí)現(xiàn)測量噪聲消除的轉(zhuǎn)子實(shí)時動平衡方案.Kang等[4]采用基于影響系數(shù)法的自動平衡方法,其中不平衡質(zhì)量修正用神經(jīng)PD控制.謝振宇等[5]通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),調(diào)節(jié)電磁軸承的支承剛度和阻尼能夠明顯改變?nèi)嵝赞D(zhuǎn)子的平動和錐動兩個剛體臨界轉(zhuǎn)速,但對一階彎曲固有頻率的影響很小.Xu等[6]開展基于電磁軸承的柔性轉(zhuǎn)子過彎曲臨界的實(shí)驗(yàn),其團(tuán)隊(duì)在“十五”和“十一五”863重點(diǎn)項(xiàng)目支持下,完成了10 MW高溫氣冷堆發(fā)電機(jī)磁軸承實(shí)驗(yàn)臺架的設(shè)計(jì)工作.李紅偉等[7]采用影響系數(shù)法和振型平衡法,分別對轉(zhuǎn)子的剛性模態(tài)和前兩階撓性模態(tài)進(jìn)行該機(jī)動平衡.

目前,在基于電磁軸承的柔性轉(zhuǎn)子振動控制中,影響系數(shù)法是普遍采用的方法.影響系數(shù)法往往會得出過大的、超出電磁軸承實(shí)際能力的計(jì)算結(jié)果.由于電磁軸承的懸浮控制和振動控制是疊加在一起的,電磁力一旦飽和,不只是轉(zhuǎn)子振動控制效果變差,更嚴(yán)重的是破壞了轉(zhuǎn)子懸浮控制的反饋機(jī)制,造成轉(zhuǎn)子失穩(wěn),甚至跌落事故.其次,在轉(zhuǎn)子振動控制中,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動最小化不是評判最優(yōu)的唯一標(biāo)準(zhǔn).控制設(shè)計(jì)必須考慮電磁軸承的功率極限和成本.在振動可接受的范圍內(nèi),解決好所需電磁力要求和振動控制效果的靈活權(quán)衡.

已有研究在影響系數(shù)法中引入最小二乘法,目的是解決經(jīng)典影響系數(shù)法中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不能大于激勵節(jié)點(diǎn)數(shù)量的控制問題.本文拓展了最小二乘法的思路,在價(jià)值函數(shù)中不僅包含節(jié)點(diǎn)振動,還加入了電磁力的因素,使得控制方法不僅可以抑制轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)的振動,還可以在電磁力和轉(zhuǎn)子振動之間實(shí)現(xiàn)靈活調(diào)控.以較小的電磁力,將轉(zhuǎn)子振動抑制在允許范圍內(nèi).

本文的仿真算例以KEOGH[8-12]實(shí)驗(yàn)室的電磁軸承-柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)平臺為對象.轉(zhuǎn)子有限元建模軟件和模態(tài)分析軟件來源于該實(shí)驗(yàn)室.以有限元轉(zhuǎn)子模型為核心,本文構(gòu)建提出轉(zhuǎn)子振動抑制方法的控制模型,驗(yàn)證了控制效果.

1 影響系數(shù)法及最小二乘法簡介

轉(zhuǎn)子上需要進(jìn)行振動抑制的節(jié)點(diǎn)稱為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)；施加矯正力的節(jié)點(diǎn)稱為激勵節(jié)點(diǎn).在線性范圍內(nèi),目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動與外激勵力之間可以表示為如下關(guān)系：

(1)

式中：n為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量,A為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前振動,B為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的原始振動,m為激勵節(jié)點(diǎn)的數(shù)量,W為各個激勵節(jié)點(diǎn)上施加的矯正力；C為影響系數(shù)矩陣,是維復(fù)數(shù)矩陣,描述了在m個激勵節(jié)點(diǎn)施加單位激勵后,在n個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上引起響應(yīng)的矩陣關(guān)系.

假設(shè)在激勵W作用下,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動響應(yīng)為A1；激勵改變?yōu)閃2,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)響應(yīng)變?yōu)锳2,則有

A1=CW1+B ,

A2=CW2+B .

(2)

為了使激勵W2能夠完全抑制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動,即A2=0,可得

W2=W1-C-1A1.

(3)

可見,在系統(tǒng)線性且C已知的前提下,可以通過式(3)準(zhǔn)確地求得激勵力W2,使得激勵后的轉(zhuǎn)子振動為零.以上所述是影響系數(shù)法的基本思想.

式(3)中存在C-1項(xiàng),因此必須n=m,C為方陣時式(3)才能求解；否則,C-1不存在.當(dāng)n≠m時,式(3)的求解方法無效.

結(jié)合最小二乘法的影響系數(shù)法被提出,可以使得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不受限制.

最小二乘法的控制目標(biāo)是追求在某個轉(zhuǎn)速下所有目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動的平方和為最小.首先,根據(jù)每個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動要求,定義每個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動的評價(jià)權(quán)值,是n×n對角矩陣Q,

(4)

式中：元素qi為第i目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動的權(quán)值.

最小二乘法以各節(jié)點(diǎn)振動幅值的平方和加權(quán)最小化為價(jià)值函數(shù),即

(5)

式中：A為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動；*表示矩陣的Hermitian變換,即轉(zhuǎn)置加共軛.式中的1/2是為了推導(dǎo)公式的格式整齊,無特別意義.下標(biāo)k和k+1為離散控制中每個離散時刻的順序編號.

式(5)中,C、Wk及Ak都為已知量.為了在k+1時刻的激勵力Wk+1能夠使目標(biāo)函數(shù)J為最小極值,可以通過對J求Wk+1的偏導(dǎo)為零得到,即

(6)

通過式(6)可以解得,使價(jià)值函數(shù)J為最小極值,用Wopt表示：

(7)

式(7)為采用最小二乘法的影響系數(shù)法公式.可知,倘若C為方陣,且Q為單位矩陣,式(7)與(3)是完全等價(jià)的.

最小二乘法解決了經(jīng)典影響系數(shù)法中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量限制問題,但采用最小二乘法控制是有殘余振動的.最小二乘法追求目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動的加權(quán)平方和為最小,即價(jià)值函數(shù)最小.

2 多價(jià)值函數(shù)混合加權(quán)的控制方法

對于電磁軸承的工業(yè)應(yīng)用,有限的電磁力是主要的技術(shù)瓶頸之一.要產(chǎn)生更大電磁力,必然需要更大體積的電磁軸承和更高驅(qū)動能力的控制系統(tǒng).對于轉(zhuǎn)子振動的最優(yōu)控制,目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動最小化不是唯一的最優(yōu)評判標(biāo)準(zhǔn),所需電磁力最小化是一個重要的考慮因數(shù).為此,提出多價(jià)值函數(shù)混合加權(quán)的控制方法,在價(jià)值函數(shù)中加入電磁力的因素.

與節(jié)點(diǎn)振動權(quán)值矩陣Q類似,電磁力權(quán)值矩陣R為m′m對角矩陣,

(8)

式中：m為激勵節(jié)點(diǎn)數(shù)量,ri為根據(jù)各個電磁軸承的驅(qū)動能力確定的電磁力之間的權(quán)值.當(dāng)各個電磁軸承相同時,R可以取為單位矩陣.

建立一個轉(zhuǎn)子振動最小化和電磁力最小化的綜合最優(yōu)控制價(jià)值函數(shù)：

(9)

如果直接使用式(9)為價(jià)值函數(shù),由于轉(zhuǎn)子振動和電磁力的物理量綱不一致,即A*A和W*W兩個量的數(shù)值可能不在一個數(shù)量級上,那么數(shù)值較大的量在綜合價(jià)值函數(shù)中占絕對主導(dǎo)地位,而數(shù)值較小量則無關(guān)緊要.必須增加一個混合權(quán)值參數(shù)：

(10)

式中：p和q分別為節(jié)點(diǎn)振動和電磁力的混合權(quán)值參數(shù),作用是將兩個不同物理量調(diào)整至相同的數(shù)量級,使之在數(shù)值上具有可比性.

價(jià)值函數(shù)J與轉(zhuǎn)子振動Ak、激勵力Wk及Wk+1的關(guān)系為

(11)

對目標(biāo)函數(shù)J求Wk+1的偏導(dǎo)為零時,目標(biāo)函數(shù)J為最小值,即

(12)

根據(jù)式(12),可以解得目標(biāo)函數(shù)J為最小極值的Wopt：

Wopt=Wk+1=

(13)

式(13)是提出的能綜合權(quán)衡轉(zhuǎn)子振動和所需電磁力的控制計(jì)算公式.

3 主動控制仿真

3.1 仿真算例

圖1 柔性轉(zhuǎn)子算例的結(jié)構(gòu)和尺寸Fig.1 Example of flexible rotor system

仿真算例的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示.它由一根均質(zhì)等直徑軸和4個剛性圓盤組成.軸的長度為1 930 mm,軸的直徑為50 mm.每個圓盤的質(zhì)量約為10 kg.轉(zhuǎn)子采用有限元法建模,電磁軸承的轉(zhuǎn)子軸頸部分視為剛性圓盤.具體的建模方法請參閱有關(guān)轉(zhuǎn)子動力學(xué)教科書,本文限于篇幅,不詳細(xì)敘述.根據(jù)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分為6個節(jié)點(diǎn),如圖1所示.仿真假設(shè),轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量只集中在4個剛性圓盤上,忽略其余部分的不平衡質(zhì)量.4個剛性圓盤的不平衡質(zhì)量都設(shè)置為1 g·mm,角度分別為4個盤從左到右[0,p/2,p,-p/2].仿真中,影響系數(shù)采用事先離線測定,控制中實(shí)時查表獲取.

電磁軸承懸浮控制采用4個徑向自由度離散的PID控制.仿真中,電磁軸承工作在4.3 A的偏置電流下,位移剛度系數(shù)為2×106N/M,電流剛度系數(shù)為487 N/A.

在電磁軸承等效剛度為106N/M,等效阻尼為4 800 N·s/m的條件下,采用模態(tài)軟件分析算例轉(zhuǎn)子的前四階模態(tài)振型和對應(yīng)的臨界轉(zhuǎn)速,如圖2所示.其中,錐形渦動和平行渦動為剛體振型,一階彎曲和二階彎曲為柔性彎曲振型.以下所有仿真都是在該支承條件下進(jìn)行的.

圖2 算例轉(zhuǎn)子的前四階模態(tài)振型Fig.2 First four vibration modes of example

3.2 最小二乘法的控制仿真

圖3 1～300 rad/s轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)的原始振動Fig.3 Original vibration of rotor in 1-300 rad/s

檢測并記錄轉(zhuǎn)子所有6個節(jié)點(diǎn)在1～300 rad/s轉(zhuǎn)速下的原始振動,如圖3所示.圖中，n為轉(zhuǎn)速.由圖3可見,由于平動和錐動兩個剛體臨界距離較近,兩個峰值區(qū)別不明顯,模糊為一個峰值.一階彎曲臨界非常清楚,在178.6 rad/s處峰值較高.

采用經(jīng)典的影響系數(shù)法,以2個電磁軸承作為激勵節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)2個目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動抑制.電磁軸承在2號和5號節(jié)點(diǎn).

開展2個仿真過程.如圖4所示為當(dāng)節(jié)點(diǎn)2和5既作為激勵節(jié)點(diǎn),又作為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時,轉(zhuǎn)子全部6個節(jié)點(diǎn)的振動變化情況.如圖5所示為以節(jié)點(diǎn)3、4為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時,轉(zhuǎn)子各節(jié)點(diǎn)的振動變化情況.

從圖4、5可見,采用影響系數(shù)法的振動控制對指定目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動抑制效果十分有效,能夠很好地抑制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動.需要特別指出的是,圖4、5都顯示在一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速位置有一點(diǎn)點(diǎn)小凸起,

圖4 以2、5為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的經(jīng)典影響系數(shù)法控制Fig.4 Vibration control for node 2 and node 5 with classic influence coefficient method

圖5 以3、4為目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的經(jīng)典影響系數(shù)法控制Fig.5 Vibration control for node3 and node4 with classic influence coefficient method

表明還有一些殘余振動.經(jīng)反復(fù)驗(yàn)證和數(shù)據(jù)核對發(fā)現(xiàn),由于仿真采用階梯形階躍升速,階躍幅度為1 rad/s,每次階躍穩(wěn)定時間為3 s,然后記錄振動數(shù)據(jù).由于在一階臨界轉(zhuǎn)速附近,轉(zhuǎn)子振動變化劇烈,穩(wěn)定時間相對不夠長,造成了殘余振動.依據(jù)影響系數(shù)法理論可知,只要穩(wěn)定時間足夠長,可以完全抑制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動,沒有殘余振動.

從圖4、5可以看出,由于影響系數(shù)法是以消除目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動為控制目標(biāo),沒有顧及其他節(jié)點(diǎn)的振動；其他非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上的振動可能大幅增強(qiáng).更糟的情況是影響系數(shù)法的控制結(jié)果在未知的轉(zhuǎn)速下引起了新的振動峰值,如圖4所示大約在300 rad/s,圖5所示在250 rad/s左右都有一個新的振動峰值.分析后發(fā)現(xiàn),由于電磁軸承在這一轉(zhuǎn)速對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的控制能力較弱,即影響系數(shù)較小,必須產(chǎn)生很大的電磁力才能抑制目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動.此時,這個巨大的電磁力已在其他非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)上產(chǎn)生不期望的強(qiáng)烈振動.

采用結(jié)合最小二乘法的影響系數(shù)法進(jìn)行仿真,檢驗(yàn)該方法能夠兼顧多個目標(biāo)節(jié)點(diǎn),甚至轉(zhuǎn)子的整體振動抑制的能力.

以電磁軸承節(jié)點(diǎn)2、5為激勵節(jié)點(diǎn),以全部節(jié)點(diǎn)1～6為目標(biāo)節(jié)點(diǎn),取各目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動權(quán)值都相等,即Q為單位矩陣.如圖6所示為在1～300 rad/s速度下的振動控制效果.

從圖6可見,控制效果與圖4、5有很大差異.在最小二乘法策略下,對減小轉(zhuǎn)子整體振動的效果十分有效.最重要的是因?yàn)樽钚《朔軌蚣骖櫭總€節(jié)點(diǎn)的振動,不會發(fā)生在非目標(biāo)節(jié)點(diǎn)引起額外振動的情況.

圖6 結(jié)合最小二乘法的影響系數(shù)法仿真Fig.6 Vibration control for all nodes with least squaremethod

圖7 節(jié)點(diǎn)2的兩種控制效果比較Fig.7 Vibration contrast of node 2 between two controlmethods

將圖4中節(jié)點(diǎn)2的振動曲線與圖6中節(jié)點(diǎn)2的振動曲線進(jìn)行比較,按同樣比例顯示在圖7中.可見,經(jīng)典影響系數(shù)法對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動的抑制效果十分理想,只有因?yàn)榉€(wěn)定時間不夠引起的微量殘余振動.追求目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的振動完美抑制,可能需要很大的電磁力,而過大的電磁力會加劇其他節(jié)點(diǎn)的振動.可能只要對目標(biāo)節(jié)點(diǎn)振動做很小的犧牲,就可以換來對整個轉(zhuǎn)子其他節(jié)點(diǎn)振動的整體大幅下降.最小二乘法能夠很好地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn).

3.3 多價(jià)值函數(shù)混合加權(quán)的控制仿真

在圖6的最小二乘法的仿真中,兩個電磁軸承在y方向(垂直方向)所產(chǎn)生的電磁力變化幅值被記錄,如圖8所示.在超越一階彎曲臨界轉(zhuǎn)速的時刻,左、右兩個電磁軸承所需產(chǎn)生的電磁矯正力波動幅值達(dá)到的最大值約為190和150 N.

圖8 最小二乘法振動控制的電磁力變化Fig.8 Magnetic force in least square method

在進(jìn)行此項(xiàng)仿真前,先討論式(10)中混合權(quán)值p和q的物理含義和取值依據(jù).p為節(jié)點(diǎn)振動幅值平方的權(quán)值,根據(jù)已有仿真數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)子振動大致在0.1 mm數(shù)量級,即p為10-8m2數(shù)量級.q為電磁力平方的權(quán)值,電磁力大致在10 N數(shù)量級,即q為102N2數(shù)量級.當(dāng)p∶q=1010時,表示轉(zhuǎn)子0.1 mm的振動和10 N的電磁力是等權(quán)的.通俗地講,在控制中允許以轉(zhuǎn)子振動增大0.1 mm為代價(jià),使得電磁力減小10 N；相反,可以增大10 N電磁力為代價(jià),換來轉(zhuǎn)子振動減小0.1 mm的改善.

采用p∶q=1010的混合加權(quán)控制進(jìn)行仿真,Q、R都取相應(yīng)維數(shù)的單位矩陣.電磁力變化的仿真結(jié)果如圖9所示.轉(zhuǎn)子6個節(jié)點(diǎn)的振動的變化如圖10所示.將圖9、10分別與圖8、6比較,采用電磁力與轉(zhuǎn)子振動混合權(quán)值最優(yōu)控制后,左、右兩個電磁軸承所需產(chǎn)生的最大矯正力波動幅值分別減小到125和120 N,而各節(jié)點(diǎn)的振動都普遍小幅增大.

增加電磁力權(quán)重,取p∶q=0.2×1010進(jìn)行仿真,電磁力變化和各節(jié)點(diǎn)振動情況記錄如圖11、12所示.可見,由于電磁力的權(quán)重的增大,左、右兩個電磁軸承所需產(chǎn)生的最大矯正力波動幅值分別減小到約60和60 N,但各節(jié)點(diǎn)的振動進(jìn)一步增大.

仿真算例表明,采用電磁力與轉(zhuǎn)子振動混合權(quán)值最優(yōu)控制方法,可以根據(jù)產(chǎn)生電磁力的能力和轉(zhuǎn)子振動的實(shí)際允許范圍,靈活調(diào)配電磁力需求與轉(zhuǎn)子振動的權(quán)衡比例.

圖9 p∶q=1010時的電磁力變化Fig.9 Magnetic force with p∶q=1010

圖10 p∶q=1010時的各節(jié)點(diǎn)振動情況Fig.10 Vibration control with p∶q=1010

圖11 p∶q=0.2×1010時的電磁力變化Fig.11 Magnetic force with p∶q=0.2×1010

圖12 p∶q=0.2×1010時的節(jié)點(diǎn)振動情況Fig.12 Vibration control with p∶q=0.2×1010

4 結(jié) 論

(1) 結(jié)合最小二乘法的影響系數(shù)法,解決了目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不能大于激勵節(jié)點(diǎn)數(shù)量的矛盾,使得目標(biāo)節(jié)點(diǎn)數(shù)量不受限制.它的實(shí)質(zhì)是對某些節(jié)點(diǎn)的振動作少量犧牲,換來對整個轉(zhuǎn)子其他節(jié)點(diǎn)振動的整體大幅下降.

(2) 提出多價(jià)值函數(shù)混合加權(quán)的控制方法,不僅可以在多個節(jié)點(diǎn)振動之間按權(quán)值比例實(shí)現(xiàn)振動調(diào)配,而且可以對節(jié)點(diǎn)振動和所需電磁力之間實(shí)現(xiàn)權(quán)值調(diào)控.目的是可以在轉(zhuǎn)子振動允許范圍內(nèi),適當(dāng)降低對電磁力的要求,用較小的電磁力,得到可以接受的轉(zhuǎn)子振動抑制效果.

(3) 提出的轉(zhuǎn)子振動抑制方法是建立在影響系數(shù)法基礎(chǔ)上的,所以應(yīng)用效果和應(yīng)用局限與影響系數(shù)法一樣,必須滿足轉(zhuǎn)子振動的激勵和響應(yīng)在線性范圍或近似線性范圍內(nèi).

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Vibration suppressing with mixed weight for multi-targets in active magnetic bearing-flexible rotor system

JIANG Ke-jian1,2, ZHU Chang-sheng2

(1.CollegeofInformaticsandElectronics,ZhejiangSci-TechUniversity,Hangzhou310018,China;2.CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

An exceedingly great magnetic force can often be required by the influence coefficient, so that the magnetic force saturating would destroy the stability of rotor levitating. A vibration suppressing method with mixed weight for multi-cost functions was proposed. Not only the rotor vibration can be given attention, but also the required magnetic force is considered in the cost function. The simulation results indicate that the proposed method can mediate not only among a group of the target nodes vibration, but between the rotor vibration and the required magnetic force. The advantage of the proposed method means that the requirement for the magnetic force of active magnetic bearing (AMB) can be appropriately decreased as long as the rotor vibration is within the allowable range. The method provides the feasible way for the low-power control of AMB.

flexible-rotor; active magnetic bearing (AMB); influence coefficient method; active vibration control

2015-09-19.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51477155,11272288,11172261);浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LZ13E070001)；浙江省公益技術(shù)應(yīng)用研究資助項(xiàng)目(2015C31063);先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)協(xié)調(diào)創(chuàng)新中心資助項(xiàng)目.

蔣科堅(jiān)(1972—),男,教授，從事電磁軸承支承特性、轉(zhuǎn)子振動主動控制的研究. E-mail: jkjofzju@163.com

祝長生,男,教授，博導(dǎo).

10.3785/j.issn.1008-973X.2016.10.014

TH 133

A

1008-973X(2016)10-1946-06

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