基于柔性神经网络自适应PID的磁轴承径向力控制

针对电机磁轴承径向力控制的严重非线性,提出了利用神经网络自适应整定PID参数,从而直接调节磁轴承径向悬浮绕组电流实现转子径向稳定悬浮的控制方案.在利用BP神经网络结合PID控制实现转子径向稳定悬浮的基础上,为改善径向位移跟踪的动静态性能,提出了基于柔性神经网络的径向力控制,给出了详细的控制算法,并仿真比较了柔性神经网络控制与BP神经网络控制下转子在空载和突加负载时径向悬浮情况,仿真结果表明柔性神经网络控制具有更好的动静态性能,为智能控制的进一步应用研究提供了基础.     

磁浮开关磁阻电机悬浮力的变结构控制

以磁浮开关磁阻电机轴向力为对象,研究了其转子稳定悬浮的控制.根据电磁场理论,建立了轴向悬浮力数学模型,针对悬浮力控制的非线性特点,采用基于离散时间趋近率的变结构控制方案,完成了电流、位移双环控制的轴向悬浮力控制器,实现了轴向悬浮力的稳定控制,分析了实现稳定跟踪的滑动模态的存在条件,并进行了仿真分析,仿真结果验证了该控制策略的有效性.     

轴-径向混合磁轴承动态特性及控制研究

为了减小三自由度轴-径向混合磁轴承（ARHMB）的涡流损耗并增加轴向磁力，提出轴向采用软磁复合材料（SMCs）制备的推力轴承，在推力盘与转子的气隙处引入Halbach阵列以增强轴向气隙磁密，径向采用叠片结构. 首先，基于动态磁通分布及等效磁路法，建立综合考虑涡流、漏磁及交叉耦合效应的等效磁阻模型；其次，对比分析了材料类型及交叉耦合效应对等效磁阻频率响应、动态刚度的影响；最后，采用计及涡流、漏磁及交叉耦合效应不完全微分PID控制对ARHMB进行研究. 研究结果表明:SMCs制备的ARHMB相比碳钢材料可以提供更大、更稳定的磁力以及更大的工作带宽，在高频条件下具有更好的动态特性；考虑交叉耦合效应时，SMCs制备的ARHMB动态特性在高频时变化率较大，不可忽略；对于低带宽工作的碳钢轴承，交叉耦合效应不明显；电磁轴承系统响应速度很快、超调量小、稳态误差近似为0，具有良好的控制特性.      

新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向稳定性

针对永磁电动悬浮系统的垂向动态稳定性问题, 研究了永磁电动悬浮系统的临界稳定特性; 提出了一种永磁铁加常导线圈混合构成的新型Halbach阵列, 通过在永磁体表面缠绕有源常导线圈, 实现了永磁电动悬浮系统阻尼的主动控制, 并对比了新型Halbach阵列与其他2种主动电磁阻尼控制方案; 建立了新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统垂向动力学模型, 并采用经典PID闭环控制方法设计了悬浮控制器, 分别在无外界干扰、外界扰动力干扰和轨道不平顺干扰3种情况下仿真分析了该系统的垂向动态稳定性。研究结果表明: 永磁电动悬浮系统在扰动力作用下将进行等幅震荡而不能稳定悬浮, 连续扰动力干扰下甚至可能撞轨; 提出的新型Halbach阵列具有磁场耦合计算方便、力调节范围大的优点; 设计的悬浮控制器能使系统稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 且线圈电流为0, 不产生损耗, 仿真分析所得系统悬浮气隙和线圈电流与理论分析结果的相对误差小于0.01%;当出现轨道不平顺干扰时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流仍为0, 实现了永磁电动悬浮系统的零功率平衡; 当外界扰动力为±1 500 N时, 系统能快速稳定悬浮于额定气隙0.03 m的平衡位置, 稳定后的线圈电流分别为29.68和-30.40 A, 表明新型Halbach阵列永磁电动悬浮系统能够实现垂向动态稳定。      

主动磁悬浮轴承在余热发电机的应用研究

针对传统余热发电设备存在发电效率低、成本高、体积大等问题,设计了一款装备5自由度（5-DOF）主动磁悬浮轴承的余热发电机,用于余热发电有机朗肯循环系统. 首先,基于电机转子轴径限制和最大承载力要求,确定径向磁悬浮轴承和轴向磁悬浮轴承的结构形式,采用一维磁路模型和二维有限元分析,计算并校核磁悬浮轴承的尺寸和性能参数;其次,为保证磁悬浮轴承的稳定裕度,采用三电平PWM功率放大器降低输出电流纹波,利用不完全微分PID控制器和不平衡补偿算法实现5自由度稳定悬浮;最后,将该磁悬浮余热发电机应用到实际客户现场,从稳定裕度、承载力和轴振峰峰值3个维度验证磁悬浮余热发电机的可靠性. 现场试验结果表明:磁悬浮余热发电机系统运行稳定可靠,实现了满功率发电和长期运行考核;在全工况运行范围,磁悬浮轴承系统的灵敏度函数小于12 dB,余热发电机转子振动峰峰值小于53 μm,满足ISO14839-3规定的长期稳定运行要求;轴向承载力最大达到3 600 N,满足实际工况需求.      

永磁电磁混合Halbach阵列电动悬浮的稳定性控制

为了研究不同控制方法下永磁电磁混合Halbach阵列的电动悬浮稳定性,首先,利用电磁场理论对系统悬浮力2D解析式进行了推导,并搭建有限元模型对其进行了验证;其次,建立了系统垂向动力学模型,设计了基于气隙反馈的定气隙PID控制器和变气隙PID控制器;最后,仿真分析了系统受到外界扰动时的悬浮气隙及线圈电流波形. 研究结果表明:当系统受到1 mm轨道沉降扰动时,两种控制器均能使系统稳定运行于额定状态,且动态过程一致;当系统受到 ±1000 N扰动力作用时,定气隙PID控制器可使系统稳定悬浮于额定气隙30 mm位置,且稳态线圈电流分别为2.12 A/mm2和 ?2.17 A/mm2,变气隙PID控制器则使系统分别稳定悬浮于28.5 mm及31.6 mm位置,且稳态线圈电流均为0.      

支主管夹角对X形圆钢管节点轴向传力的影响

为了研究支主管夹角对X形圆钢管相贯节点轴向受力性能的影响，进行相关试验来校验有限元模型，以有限元为手段分析了支主管夹角对X形节点在支管轴力作用下的传力特性和承载力的影响；根据有限元参数分析结果，对支主管夹角较小的节点的承载力提出了改进建议. 研究结果表明:节点试件的破坏模式为相贯线附近主管管壁局部屈曲；当支主管非正交但夹角大于60° 时，节点的传力特性与支主管正交节点的相近，符合Togo模型的假定，现行规范中的夹角正弦的倒数项能精准地反映夹角对节点承载力的影响；但当节点的支主管夹角小于45° 时，其传力特性与Togo模型的假定有较大的差异，夹角正弦的倒数也低估了支主管夹角对节点承载力的提高，对于夹角接近30° 的节点甚至低估了30%；因此建议当夹角小于45° 时，在规范已有的节点承载力计算式的基础上乘以修正系数.      

大跨旧桥极限承载力的可靠度分析

基于桥梁的极限承载力理论,首先建立某桥梁结构的有限元模型,并对荷载作用下的各个反应量如最大挠度、应力和弯矩等进行参数灵敏度分析;其次确定了结构极限承栽力的统计参数,建立基于极限承载力荷载效应的极限状态方程,并采用传统的结构可靠度理论计算出了结构的体系可靠度.算例表明,利用该方法来获得结构体系的可靠度具有准确、简便、实用...     

CFRP加固震损非延性RC框架抗震性能试验研究

为了研究碳纤维增强复合材料（CFRP）加固震损非延性钢筋混凝土（RC）框架抗震性能，制作并完成了1榀1/2缩尺两层两跨非延性RC框架子结构试件加固前后的拟静力试验. 将试件加载至峰值承载力，对采用外包CFRP法对震损节点处进行加固后的试件进行试验研究，获得了CFRP加固震损非延性RC框架的破坏形态与滞回曲线，分析了其刚度、强度、延性和耗能等抗震性能指标，并与完好结构进行对比. 分析结果表明:CFRP加固对提高震损非延性钢筋混凝土框架结构的最大水平承载力、初始刚度有限，对其耗能能力提升明显；加固结构的平均位移延性系数为2.81；当其最大层间位移角到达1/50时，加固结构依然具有较大的安全储备空间，加固后的震损非延性RC框架结构可以用于地震区.      

磁悬浮柔性转子系统解耦控制仿真

目前磁悬浮转子系统的解耦控制研究主要基于刚性转子系统，但在高转速、高支撑刚度下，转子的弹性模态不能忽视.针对磁悬浮柔性转子的解耦控制问题，首先，建立柔性转子模型，采用模态截断法进行简化，通过状态反馈解耦得到解耦系统；然后，基于解耦系统设计了内模控制器，针对状态变量不易通过传感器获取的特点设计状态观测器；最后，仿真分析系统的解耦效果.仿真结果表明：未解耦系统的位移响应中含有与系统固有频率相关的多个频率成分，而解耦后系统的位移响应仅含激励同频成分；同一坐标平面内的机械耦合由10^-5m数量级减小到10^-6m数量级，由陀螺效应引起的两径向方向间的耦合由10^-6m数量级减小到10^-19m数量级，机械耦合和陀螺效应耦合均得到了有效控制；稳定悬浮时轴心到参考点距离的标准差由6.52×10^-9m减小到6.38×10^-12m，解耦后系统的运行波动更小；转子升速时和受到噪声干扰时系统响应不再受到固有频率影响，始终保持平稳；采用状态反馈解耦对不同的控制方法同样有效.     

基于不等磁路面积设计方法的磁轴承刚度

磁悬浮转子需同时满足抗干扰与共振隔离需求,为了从磁悬浮轴承结构角度奠定设计基础,基于磁悬浮轴承结构参数对支承刚度的影响,对高刚度磁悬浮轴承设计方法展开研究. 首先,通过磁悬浮轴承刚度解析式推导,分析磁悬浮轴承结构参数对支承刚度的影响因素,确定支承刚度优化方向;其次,提出高刚度磁悬浮轴承设计方法,分析支承刚度的优化效果;最后,通过转子固有频率测试及压缩机升频实验,验证所提出方法的可行性. 结果表明:在压缩机样机中,磁悬浮轴承采用不等磁路面积结构,在齿轭宽度比为1.2时,可使轴承在最恶劣工况,即对应最大控制电流时,支承刚度较常规等磁路面积结构提高了25%,压缩机在工况运行区间有效避免共振,为工程应用中磁悬浮轴承刚度优化设计提供参考.      

Study on lift-up speed of aerodynamic compliant foil thrust bearings

Objective The experimental study on the lift-up speed of a new kind of compliant aerodynamic foil thrust hearings was performed on the multifunetional test rig established for testing the performances of foil gas bearings. Methods The lift-up speed of foil gas thrust hearing under given axial load was analyzed through the spectrum of axial displacement response in frequency domain. Results The test results indicated that the difference in the spectrum of axial displacement responses before and after lifting up of the rotor was obvious. After lifting up of the rotor, there were only larger components of rotation frequency and lower harmanie frequencies. If the rotor wasn＇t lift-up, there were also larger components of other frequencies in the spectrum. Conclusion So by analyzing the spectrum of axial displacement response, the results showed that the lift-up speed was about 1 860 rpm when the axial load was 31N.     

THE EDDY LOSSES OF A MAGNETIC THRUST BEARING

Accurate calculations of losses associated with the operation of magnetic bearings are particularly important for high speed applications where the rotor losses are expected to be large and for some particular applications where even low power losses will be critical. Power losses in the magnetic thrust bearing is often neglected, but if there is misaligned in the rotor and bearing, the magnetic field in the thrust bearing is no longer axisymmetric one, or the dynamic control current in the winding is time dependent one, eddy currents are caused to flow inside the conducting material, then the power losses are very important for magnetic bearing design. This paper presents an analytical model of a thrust magnetic bearing, and the magnetic fields, forces and losses of thrust magnetic bearing are calculated. In the calculations the frequency of dynamic control current is up to 1 000 Hz, rotating speed is from 60 rpm to 1 200 rpm, and the non-linearity of material is also taken into consideration. The results shows that if the magnetic field is not saturation, the eddy losses is proportional to dynamic control current frequency and a square function of dynamic control current, and also 5/2 power function of shafts speed.     

组合载荷作用下动车牵引电机转子系统弯扭耦合振动特性

为了研究组合载荷作用下动车组用牵引电机转子弯扭振动机理和识别典型故障特征, 依据动车牵引电机结构特点, 将其转子结构离散化为集总质量盘轴系统, 得到了电机转子系统的10自由度弯扭力学模型; 考虑定转子静动气隙偏心引起的不平衡磁拉力、转子质量偏心引起的机械不平衡力、转子重力以及电机驱动转矩和负载转矩等径向和扭转载荷作用, 利用拉格朗日方程法建立了牵引电机转子系统弯扭耦合运动微分方程; 基于Runge-Kutta法求解和分析了不同组合载荷工况作用下的转子系统弯扭振动特性。分析结果表明: 由转子质量偏心造成的系统弯扭自由度耦合关系, 使得牵引电机转子系统的弯扭振动特性受到转子径向和扭转载荷的共同影响, 且影响规律符合转子质量偏心耦合规律; 在全部径向和扭转载荷作用下, 牵引电机转子的径向振动包含零频、转频、二倍转频、弯振固有频率、二倍供电频、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率与转频组合等频率成分, 其中转频成分对应的弯振幅值最大, 而脉动转矩频率与转频的组合频率的振幅非常小, 说明脉动转矩对牵引电机转子径向振动的贡献并不明显; 在全部载荷作用下牵引电机转子的扭转振动包含转频、二倍转频、弯振固有频率与转频组合、二倍供电频与转频组合、脉动转矩频率等频率成分, 其中脉动转矩频率成分对应的扭振幅值最大, 其次由重力和不平衡磁拉力引起的转频成分对应的扭振幅值也较大, 且基本具有同一数量级, 表明它们对扭振的贡献均不能忽略。      

基于RBF近似模型的磁悬浮轴承结构优化设计

主动磁悬浮轴承（active magnetic bearing，AMB）-转子系统中，转子质量分布上的不平衡引起不平衡振动，为提高系统的稳定性、减小转子在一阶弯曲临界转速处的不平衡振动，建立了考虑不平衡力和不平衡磁拉力的磁悬浮柔性转子机电一体化模型，并结合径向基（radial basis function，RBF）神经网络算法，得到转子振幅关于磁悬浮轴承结构参数的近似模型；以振幅最小为目标，通过参数灵敏度分析和多岛遗传算法（multi-island genetic algorithm，MIGA）对磁悬浮轴承进行结构优化设计. 数值仿真结果表明:在一定范围内增大磁悬浮轴承的偏置电流、磁极面积、线圈匝数，减少单边气隙能够增大系统阻尼，可以降低一阶弯曲临界转速处的不平衡振动幅值，优化后不平衡振幅较优化前减少近50%.