[發(fā)明專利]同步阻尼方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110455823.3
• 申請日: 2021-04-26
• 公開（公告）號: CN113124053B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張剴;徐旸
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: F16C32/04
• 分類號: F16C32/04;F16F15/03
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 徐章偉

本發(fā)明公開了一種同步阻尼方法及裝置，其中，方法包括以下步驟：檢測轉(zhuǎn)子實時位移信號和鑒相信號；利用鑒相信號對實時位移信號進行自適應(yīng)濾波，以從實時位移信號中提取轉(zhuǎn)子的同頻振動成分；將同頻振動成分進行放大與矢量變換，以輸出與轉(zhuǎn)子渦動速度方向相反的同步阻尼信號，并根據(jù)同步阻尼信號生成同步阻尼力，以通過同步阻尼力抑制轉(zhuǎn)子的臨界振動。該方法通過用同步阻尼電流，代替非同步控制器同頻輸出電流，避免傳統(tǒng)超臨界控制器增益過高帶來的負(fù)面效應(yīng)，更高效的產(chǎn)生針對轉(zhuǎn)子臨界渦動的電磁阻尼力，提升電磁力利用效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁軸承轉(zhuǎn)子控制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種同步阻尼方法及裝置。

背景技術(shù)

現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)機械正在向更高轉(zhuǎn)速、更高機器效率、更高精度發(fā)展，轉(zhuǎn)子高速運行往往需要超越撓性臨界轉(zhuǎn)速，不得不面對撓性臨界振動問題。抑制臨界振動成為轉(zhuǎn)子跨越臨界轉(zhuǎn)速，在更高轉(zhuǎn)速范圍穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。

由于材料不均勻，加工誤差等因素影響，轉(zhuǎn)子不可避免的存在不平衡質(zhì)量。轉(zhuǎn)子運行時，不平衡質(zhì)量會生成不平衡力，不平衡力與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速同步，其大小與轉(zhuǎn)速平方成正比。高速轉(zhuǎn)子的殘余不平衡量對系統(tǒng)振動水平及可靠性影響顯著。作為最主要的轉(zhuǎn)子激振源，不平衡力在臨界轉(zhuǎn)速附近，對轉(zhuǎn)子振動的激發(fā)作用尤為突出。

不平衡臨界振動的抑制有兩個主要途徑，一是進行精密的轉(zhuǎn)子動平衡，減小轉(zhuǎn)子殘余不平衡量，從源頭上減小激振力；二是通過支承部件提供阻尼，有效衰減轉(zhuǎn)子振動能量，減小轉(zhuǎn)子諧響應(yīng)峰值。

從平衡成本的角度考慮，精密動平衡在工程所能達到的水平是有限制的，這反映在相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中。另外，高速轉(zhuǎn)子運行過程中，由于轉(zhuǎn)子材料應(yīng)力釋放，轉(zhuǎn)子溫度分布不均衡，局部材料產(chǎn)生塑性變形等原因，不平衡量也會發(fā)生改變。因此，動平衡達到一定平衡標(biāo)準(zhǔn)后，振動抑制將取決于支承部件所能提供的阻尼。

電磁軸承通過受控電磁力支承鐵磁性轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)轉(zhuǎn)子非接觸懸浮。應(yīng)用于超臨界轉(zhuǎn)子或作為阻尼器工作時，利用電磁軸承支承特性可隨頻率調(diào)整的特點，可在臨界頻率附近，通過調(diào)節(jié)控制器參數(shù)為轉(zhuǎn)子提供臨界阻尼。但當(dāng)臨界頻率比較高的時候，受限于系統(tǒng)帶寬等因素的限制，電磁軸承要為臨界振動提供有效電磁阻尼力是很有挑戰(zhàn)性的。電磁鐵輸出的電磁力要相對于轉(zhuǎn)子位移具備超前特性，方能有效阻尼振動。為獲得電磁力的相位超前，需要精細(xì)調(diào)整控制器參數(shù)，而控制器參數(shù)的調(diào)整受到其它振動模態(tài)、系統(tǒng)噪聲水平等各種因素制約，實際系統(tǒng)中要獲得足夠的電磁阻尼力，往往非常困難。

轉(zhuǎn)子高速超臨界時，依托磁軸承控制器參數(shù)調(diào)整，雖然能改善局部頻率范圍內(nèi)的相位超前特性，但這種改善受到各種因素制約，電磁力除提供阻尼外，很大一個比重的力會成為彈性反饋力，由于彈性反饋力不能用于衰減轉(zhuǎn)子振動能量，軸承承載力的利用率受到了限制。并且，這種方式往往以大幅增加控制器高頻增益為代價，在改善臨界阻尼的同時，會激發(fā)系統(tǒng)高頻模態(tài)振動。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種同步阻尼方法，通過用同步阻尼電流，代替非同步控制器同頻輸出電流，避免傳統(tǒng)超臨界控制器增益過高帶來的負(fù)面效應(yīng)，更高效的產(chǎn)生針對轉(zhuǎn)子臨界渦動的電磁阻尼力，提升電磁力利用效率。

本發(fā)明的另一個目的在于提出一種同步阻尼裝置。

為達到上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種同步阻尼方法，包括以下步驟：檢測轉(zhuǎn)子實時位移信號和鑒相信號；利用所述鑒相信號對所述實時位移信號進行自適應(yīng)濾波，以從所述實時位移信號中提取轉(zhuǎn)子的同頻振動成分；將所述同頻振動成分進行放大與矢量變換，以輸出與轉(zhuǎn)子渦動速度方向相反的同步阻尼信號，并根據(jù)所述同步阻尼信號生成同步阻尼力，以通過所述同步阻尼力抑制所述轉(zhuǎn)子的臨界振動。