[發明專利]一種航空發動機永磁偏置錐形磁軸承振動力主動控制方法

有效

• 申請號: 202010169169.5
• 申請日: 2020-03-12
• 公開（公告）號: CN111350758B
• 公開（公告）日: 2021-10-08
• 發明（設計）人: 郝振洋;王濤;曹鑫;俞強;汪禹萱
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 姜慧勤

本發明公開了一種航空發動機永磁偏置錐形磁軸承振動力主動控制方法，采用電勵磁繞組電流重構的方法，將每個磁軸承的四套繞組電流分解為徑向懸浮電流分量和軸向懸浮電流分量的形式，通過徑向和軸向懸浮電流分量分別協調控制徑向和軸向電磁力。同時，為方便后續研究計算，將永磁體磁鏈等效為電流的形式。在建立準確的電磁力數學模型的基礎上，將重構后各繞組電流代入徑向力和軸向力表達式中，反向解算出各繞組的徑向懸浮電流分量和軸向懸浮電流分量，從而得到各繞組電流的給定量。本發明采用一種錐形磁軸承的振動力主動控制技術，通過控制電勵磁繞組電流，實現錐形磁軸承徑向力與軸向力的協調控制，從而抵消發動機轉子的剛度位移振動。

技術領域

本發明涉及一種航空發動機永磁偏置錐形磁軸承振動力主動控制方法，屬于磁軸承控制技術領域。

背景技術

航空多電發動機是以傳統航空燃氣渦輪發動機為基礎，配裝主動磁性軸承、內置一體化起動機/發電機、分布式電子控制系統、電動燃油泵和電力作動器等新部件和系統的一種新型航空發動機。多電發動機取消了傳動軸、齒輪、提取軸等機械單元，采用多電發動機轉軸、磁懸浮軸承及起動發電機的集成一體化共軸設計方式。這使得多電發動機具有結構更緊湊、重量更輕、性能更高、維修性與適應性更好、可靠性更高、運行和維護費用更低等突出技術優勢，是未來航空發動機的重要發展方向之一。

但是多電發動機缺少了傳動部件后，發動機軸向推力、徑向振動力與發電機的電磁轉矩直接耦合在一起，尤其隨著電氣負荷的增加，兩者間的相互影響不能再被忽略不計。由于發動機轉子的不平衡力、不對中及碰擦導致的振動，使得轉軸出現多種振動模態。發動機轉子軸系有多個臨界工作點，發動機的轉速范圍很寬，無法避開臨界轉速點(共振點)。而當轉子工作轉速在0.5-0.707倍的臨界轉速范圍內時，呈現準剛度特性。磁軸承位于轉子軸系端部，其轉子主要呈現剛度位移振動模式。根據不同振動位移類型，可分別產生徑向振動、軸向振動。因此，航空發動機的振動模式多樣，并且由于大型航空發動機采用柔性轉子，進一步增加了振動復雜度。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種航空發動機永磁偏置錐形磁軸承振動力主動控制方法，通過控制電勵磁繞組電流，實現錐形磁軸承徑向力與軸向力的協調控制，從而抵消發動機轉子的剛度位移振動。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種航空發動機永磁偏置錐形磁軸承振動力主動控制方法，包括如下步驟：

步驟1，將系統五自由度方向的給定位移與五自由度方向各自對應的實際位移作差，差值作為PID調節器的輸入，PID調節器的輸出為五自由度方向各自的給定力信號F_x1^*、F_x2^*、F_y1^*、F_y2^*和F_z^*；

步驟2，將系統z方向的給定力信號F_z^*以及系統兩個磁軸承徑向懸浮電流分量的實際值代入軸向力模型解算出軸向懸浮電流分量I_z^*；

步驟3，將軸向懸浮電流分量I_z^*以及給定力信號F_x1^*、F_x2^*、F_y1^*、F_y2^*代入徑向力模型解算出系統兩個磁軸承徑向懸浮電流分量的給定值；

步驟4，將步驟2得到的軸向懸浮電流分量I_z^*與步驟3得到的系統兩個磁軸承徑向懸浮電流分量的給定值作運算，得到系統兩個磁軸承上各齒極繞組電流的給定值，將各齒極繞組電流的給定值通過PI調節器實現磁軸承開關功放對給定電流的跟蹤，從而實現對轉子五自由度懸浮位移的協調控制。