[發明專利]一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法及系統

有效

• 申請號: 201811424285.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN109707733B
• 公開（公告）日: 2020-05-22
• 發明（設計）人: 蘇一新;姚依晨;馬彥會;于溯源
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 北京天悅專利代理事務所(普通合伙) 11311
• 代理人: 田明;任曉航

本發明公開了一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法及系統，應用于磁軸承系統，方法包括：S1、根據不同的振動與沖擊載荷工況，設計具有高靜低動特性的力?位移非線性動力學特性曲線；S2、根據力?位移非線性動力學特性曲線中的系數，設置高靜低動控制算法中的增益環節函數表達式f_p(e)；S3、根據工程應用的阻尼比需求，設置高靜低動控制算法中的微分環節函數表達式f_d(e)；S4、將設置好的高靜低動控制算法編程寫入至磁軸承系統的控制器內，形成高靜低動控制器。本發明所提供的方法及系統，利用磁軸承的主動可控性，用控制算法實現磁軸承具有高靜低動的非線性動力學特性，即高的靜承載力和低的動剛度。

技術領域

本發明涉及磁軸承隔振與抗沖擊技術領域，具體涉及一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法及系統。

背景技術

提升旋轉機械的隔振與抗沖擊性能在工業應用中具有非常重要的意義與價值。傳統的旋轉機械支承系統一般為被動支承系統，難以被設計為具有對旋轉機械隔振與抗沖擊有利的特性，且一旦結構確定，其動力學特性也將確定，難以再次改變。

此外，根據經典振動理論，對于線性磁軸承系統，在系統隔振性能與承載性能之間總有一個折中，即根據隔振原理，為了保證更好的隔振效果以及包括低頻在內寬頻帶的隔振，支承系統的等效剛度越小越好，但越小的支承系統的剛度會導致靜力下的被支承物體位移越大，即損失靜承載力。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法及系統，不僅可以在兼顧承載力的同時保證優異的隔振與抗沖擊性能，而且可以根據實際振動與沖擊載荷工況，自由設計改變磁懸浮軸承的力-位移非線性動力學特性曲線，可以有效減小振動與沖擊對磁懸浮旋轉機械的影響。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法，應用于磁軸承系統，所述磁軸承系統包括：磁軸承本體、控制器、功率放大器、位移傳感器和轉子，所述控制方法包括：

S1、根據不同的振動與沖擊載荷工況，設計具有高靜低動特性的力-位移非線性動力學特性曲線；

S2、根據所述力-位移非線性動力學特性曲線中的系數，設置高靜低動控制算法中的增益環節函數表達式f_p(e)；

S3、根據工程應用的阻尼比需求，設置所述高靜低動控制算法中的微分環節函數表達式f_d(e)；

S4、將設置好的高靜低動控制算法編程寫入至所述磁軸承系統的控制器內，形成高靜低動控制器；

S5、所述高靜低動控制器通過所述位移傳感器以預設采樣頻率實時采集所述轉子的位移；

S6、所述高靜低動控制器將所述位移與參考位置比較后得到偏差值，根據所述增益環節函數表達式f_p(e)和所述微分環節函數表達式f_d(e)計算并生成相應的控制信號，并將所述控制信號輸入所述功率放大器；

S7、所述功率放大器根據所述控制信號產生控制電流，控制所述磁軸承本體對所述轉子的吸引力大小，對所述轉子的位移進行修正；

S8、循環執行步驟S5-S7，直至斷電。

進一步，如上所述的一種磁軸承隔振與抗沖擊控制方法，步驟S1還包括：預估被支承物體振動響應與沖擊響應的范圍；

所述力-位移非線性動力學特性曲線滿足：預估的振動響應在平衡位置附近的δ區域內的系統剛度在第一剛度范圍內的第一位移范圍內；預估的沖擊響應在平衡位置附近的δ區域外的系統剛度在第二剛度范圍內的第二位移范圍內；所述系統剛度為所述力-位移非線性動力學特性曲線的曲率。