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%.      

单自由度磁悬浮系统无模型自适应控制的研究

针对单自由度磁悬浮系统的非线性及难以建立精确数学模型的问题，将全格式无模型自适应控制（FFDL-MFAC）方法应用于单自由度磁悬浮系统，首先，采用无模型自适应控制算法、伪梯度估计算法、伪梯度重置算法和单自由度磁悬浮系统的动态化数据模型，设计单自由度磁悬浮系统的控制器；然后，仿真分析MFAC控制参数对单自由度磁悬浮系统控制效果的影响及对阶跃响应信号、干扰信号和噪声信号的响应特性；最后，在磁悬浮球实验装置上进行实验验证. 研究结果表明:全格式无模型自适应控制方法只需采集单自由度磁悬浮系统在工作状态下的I/O数据，无需建立单自由度磁悬浮系统精确数学模型，通过设定全格式无模型自适应控制器参数即可使控制器具备良好的自适应性和鲁棒性，实现高精度稳定悬浮控制；与PID相比，FFDL-MFAC将系统的超调量降低了0.005，稳定悬浮位移的误差均方根减小了0.2607.      

准高速机车牵引齿轮传动噪声,振动测试及信号分析

在机械封闭功率流试验台上，采和模拟实验方法，对研制的牵引齿轮试件进行了噪声、振动测试、并对噪声、振动信号进行了频谱分析，找出了其主要噪声源及准高速机车牵引齿轮噪声（振动）大小随实际工况转速、载荷变化的规律。     

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KDE及Markov的高速列车传动系振动评价及可靠性分析

为研究高速列车运行过程中传动系的振动情况及可靠性，对CRH3型高速列车传动系关键部件的振动加速度数据进行实车采集，采用核密度估计（KDE）法对采集数据统计处理，得出各关键部件在各方向上振动响应的概率密度函数近似曲线，据此对传动系的关键部件进行振动评价；通过MATLAB计算各关键部件振动加速度的最优置信区间；对传动系及传动系的关键部件定义“安全”和“故障”两种状态，建立关键部件的威布尔比例失效率模型及传动系的Markov状态转移模型，以传动系当前状态为初始状态，基于实时故障率及维修率分析传动系可靠性的变化. 研究结果表明:传动系中轴箱轴承、齿轮箱以及电机轴承的垂向振动最强，振动加速度集中分布在25倍、20倍、10倍重力加速度范围内，概率99.75%的均方差值分别在20.5026倍、17.6712倍、11.4693倍重力加速度内；计算得到各关键部件振动加速度概率为99.75%的最优置信区间，为系统的振动监测阈值优化及故障评估提供参考；故障率及维修率是影响传动系统状态概率的关键因素，当故障率增加30%时，系统的状态概率约下降10%，当维修率由0.05提升至0.10时，可使系统的可靠性提高20%.      

高速铁路线上简支梁桥车桥共振问题初探

本文以单跨和等跨度边疆多跨简支梁桥为对象，探讨高速客车过桥时车－桥耦合振动系统的振动特性。研究中发现，在高速行车下，中小跨度简支梁桥有发生共振现象的可能性；对于按等跨度布置的多跨简支梁桥，在一定速度下又易造成列车的共振。本文对这一问题进行了初步研究，给出了车－桥共振速度与桥梁设计参数和车辆系统振动参数之间的关系。     

基于人工智能的丝杠寿命预测技术

为了研究丝杠在不同加工条件下的性能退化趋势,研究了影响丝杠寿命的关键因素:丝杠转速和负载力.利用振动信号和切削力信号实时监测丝杠性能状态,用经验模态分解方法对传感器信号滤波后,通过时域、频域和时频域分析方法提取影响丝杠寿命的关键特征,采用多模型融合技术和B样条模糊神经网络,建立了丝杠寿命预测模型.试验结果表明,寿命预测的最大误差为846 h,能够满足丝杠的主动维护需求.     

基于工作模态参数辨识的水下复杂结构模态分析方法

针对传统实验方法很难对水下复杂结构进行模态分析,提出了工作模态参数辨识与有限元计算相结合的模态分析方法.对工作状态下的测点振动响应信号进行EMD分解,用时域峰值序列法进行模态参数辨识,辨识出的模态参数与计算模态结果进行匹配,以指导修正有限元模型,计算得到完整的模态参数.为解决EMD分解出现的模态混叠,提出先对信号进行小波包分解预处理的 方法.双层加肋圆柱壳体模型水下振动试验研究结果表明,该方法现实可行,能有效辨识出比较完整的模态参数.     

基于TVAR的非平稳工况转子故障诊断技术研究

分析比较了基于时变参数自回归模型(TVAR)时频分析方法与基于非参数模型的典型传统时频分析方法--STFT、CWD对非平稳信号进行分析时的时频性能和特点,TVAR方法得出的时频图具有分辨率高、无交叉干扰项以及计算速度快等优点.基于TVAR分析了从转子实验台上采集的加速过程无故障及故障状态下的振动信号,分析结果有效地揭示了变速非平稳过程转子振动信号的特性和故障特征.仿真和实验都证明TVAR非常适用于旋转机械非平稳振动信号分析.     

基于STFT和FPO的旋转机械阶次分析

针对在无转速计下发动机转速难以估计的问题，采用短时傅里叶变换（short-time Fourier transform,STFT）和快速路径优化（fast path optimization,FPO）相结合的方法对发动机进行转速估计，结合无转速计阶次分析方法对某客车变速箱底部振动信号进行分析。使用STFT分析振动信号，运用FPO算法从时频图中提取特征阶次所对应的瞬时频率值，计算得到发动机转速曲线，通过积分采样得到等角度间隔信号，最终得到阶次图。仿真分析和试验分析的结果表明：文中方法在提取时频图中相应的瞬时频率值有较高的精度和较好的抗噪性，能够在无转速计的情况下有效实现旋转机械振动信号的阶次分析。     

新型转子结构的三自由度混合磁轴承损耗分析

为减少六极径向-轴向混合磁轴承（radial-axial hybrid magnetic bearing，RAHBM）高速下转子产生的损耗，提出了一种部分叠片的转子结构. 首先，用等效磁路法推导了六极RAHMB的悬浮力数学模型，依据该模型设计磁轴承结构参数，对不同转子叠片深度下的铁损和悬浮力进行仿真分析，选择叠片深度最优值；然后，在有限元仿真软件中设定转子转速为50000 r/min，向六极RAHMB分别施加径向和轴向最大控制电流，分析磁轴承产生最大承载力情况下实心转子与部分叠片转子的损耗；最后，对部分叠片转子在正弦扰动电流下的涡流损耗和磁滞损耗进行计算和仿真. 研究结果表明:在产生最大承载力条件下，部分叠片转子结构能够将损耗降低69.7%，虽然轴向承载力减小了14.7%，但仍能够满足设计要求；部分叠片转子可将正弦扰动电流下铁损降低55.4%.      

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。      

高速动车组弹性车体和设备耦合振动特性

为研究车体和车下设备之间的耦合振动关系,建立了高速动车组的车辆刚柔耦合系统动力学模型;考虑车体弹性模态振动,采用扫频激励法,仿真分析设备质量、刚度、阻尼和安装位置对系统振动的影响;研究了不同参数相互作用下的振动特性.研究结果表明:与设备采用固接方式相比,弹性联接可显著降低车体弹性振动,设备质量越大且越靠近车体中部安装,对抑制弹性振动效用越显著;设备质量小于1.0 t或者距离车体中心6 m以上时,降低弹性振动的效果较小,阻尼比为5%~30%时,效果较好.利用机车车辆滚动振动试验台进行设备悬挂振动特性测试,表明设备采用弹性联接可显著改善高速动车组的乘坐平稳性,运行速度等级越高,效果越显著,最大可改善约15%.      

发动机振动测试信号处理及分析软件设计

基于Matlab GUI平台设计了振动测试信号处理与分析软件,其可以快速地处理分析数据。通过某发动机悬置系统振动信号实例验证了软件的信号预处理、信号时域分析、信号频域分析功能,其可视化输出得出悬置振动信号能量在X方向主要集中在频率50Hz、75Hz和160Hz左右,Y方向主要集中在频率50Hz和160Hz左右,Z方向主要集中在频率50Hz和160Hz左右。相干分析结果基本都大于0.8,判定频响分析可靠,进而通过判断悬置上下所测信号幅值大小,判定该发动机悬置减震效果。该软件能有效快速地处理分析振动信号。     

铁道车辆横向主动悬挂试验研究

建立了铁道车辆１：８比例的半车四自由度横向主动悬挂试验模型,应用ＬＱＲ控制方法进行了主动悬挂与被动悬挂的试验对比研究,并与仿真计算结果进行比较。研究结果表明,主动悬挂方式能有效衰减振动,尤其是共振点处的振动;主动悬挂与被悬挂相比,车体横移振幅在高频共振点附近平均降低８０％左右,在其余频段平均降低约３０％;车体侧滚角振幅在高频共振点附近平均降低６５％左右,在其余频段平均降低约２０％。     

柴油机振动信号二阶循环平稳特性分析

柴油机等往复机械的振动信号具有较强的循环平稳特性.分析了循环平稳的统计特性,基于调幅信号模型分析了仿真信号的自相关函数和谱相关密度函数的特性,指出如何识别信号的循环平稳特性,分析了柴油机实测振动信号的二阶循环平稳特性,得到了柴油机振动信号循环频率的特性.结果表明,柴油机的振动信号具有二阶循环平稳特性,且循环频率与柴油机转频有关.     

水电机组转子轴系扭振零频的计算和共振分析

求得了某大型水轮发电机组的气隙磁场能量和电磁刚度：给出了求解轴系整体扭振固有频率的公式；计算了额定运行工况下零频的数值；分析了零频随激磁电流和有功功率变化的规律和零频与工频相接近而发生共振时的幅频特性。     

翼吊发动机转子系统在大气紊流下的响应分析

针对翼吊发动机高空工作时受大气紊流影响这一现象,基于机翼气动弹性力学和转子动力学理论, 采用Dryden紊流模型作为大气速度模型,建立了翼吊发动机转子系统在大气紊流下的动力学模型,运用虚拟激励法对模型进行数值计算.结果表明:转子系统中各转盘站的位移响应功率谱密度变化趋势与大气紊流速度功率谱密度变化趋势基本相似,但在固有频率处会出现位移响应强度峰值;当角频率大于100 rad/s时,大气紊流引起的位移响应强度随着角频率的增大而减小,并且不可忽视转子系统本身特性对位移响应强度的影响.      

基于局域波和混沌的微弱故障信号检测方法

为了利用微弱信号准确诊断转子系统早期故障,提出了一种基于局域波法和混沌振子相结合的信号检测方法。利用局域波法将微弱的故障信号分解为有限的并且具有不同基本模式的分量,每个分量是单一成分信号,实现了信噪分离。将局域波分量输入混沌振子,通过混沌振子系统行为由混沌状态变为大周期运动状态,表明检测信号中含有特征成分,实现了利用混沌振子对低信噪比的微弱信号识别。故障诊断结果表明:所提出的检测方法是可行的,能准确诊断转子系统早期不对中故障。