十六极变刚度主动电磁轴承系统的幅频响应特性分析

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• 论文作者：吴瑞琴 ; 张伟
• 年：2016
• 作者机构：北京工业大学机械工程与应用电子技术学院;
• 论文关键词：时变刚度 ; 主动电磁轴承 ; 非线性电磁力 ; 多尺度方法 ; 幅频响应特性
• 会议召开时间：2016-05-06
• 会议录名称：第十届动力学与控制学术会议摘要集
• 语种：中文
• 分类号：TH133.3
• 学会代码：AGLU
• 会议名称：第十届动力学与控制学术会议
• 会议地点：中国四川成都
• 主办单位：中国力学学会动力学与控制专业委员会
• 学会名称：中国力学学会
• 页数：2
• 文件大小：743k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

电磁轴承是一种可以实现主动控制的新型支承装置,是典型的机电一体化产品,它有着很好的发展应用前景。电磁轴承可以依靠电磁力使转子稳定悬浮在平衡位置附近,即转子和电磁轴承是相互不接触的,基于这个特点使电磁轴承具备了很多传统轴承所不具备的优点,比如无机械摩擦、磨损、不需要润滑装置、耗能少、可靠性高、寿命长等,而且它还可以在一些极端的温度和恶劣的工况条件下正常的工作。电磁轴承诸多良好的性能也促进了它在航天航空、机械工程等领域当中的广泛应用。工业应用中的电磁轴承系统一般主要由转子、定子、传感器、功率放大器、控制器这五个部分组成。由于这些组成部分都具有非线性特性,所以使得整个电磁轴承系统也变成一个复杂的非线性系统,并且系统当中存在的非线性因素有可能会引起转子在运转过程中发生较大的振动甚至会出现故障。因此,从非线性角度出发研究电磁轴承系统有很重要的理论意义和实际应用价值。本文主要研究十六极变刚度主动电磁轴承系统的幅频响应特性。首先根据电磁理论推导出了非线性电磁力的表达式,然后用牛顿运动定理建立了主动磁轴承系统的非线性动力学方程并且对此方程进行了无量纲化。在最后得到的电磁轴承系统的无量纲运动方程中存在着二次非线性项、三次非线性项和参数激励项。我们采用了多尺度方法对系统运动方程进行摄动分析,得到了系统的平均方程,并由此平均方程推导出了系统的幅频响应方程,研究了系统存在定常解情况下的幅频响应特性。采用数值模拟方法绘出了系统的幅频响应曲线,研究结果发现十六极变刚度主动电磁轴承系统在水平和竖直两个方向上都呈现出硬刚度特性,然而当我们改变某些参数的取值后,系统的刚度特性会发生很大变化,某些参数的变化会使系统呈现出软刚度特性,这说明这些参数对十六极电磁轴承系统的刚度特性有很大影响。这些理论研究结果会对电磁轴承系统的设计和实际应用有一定的指导意义。

引文