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%.      

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.     

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.     

Research on Dynamic Response Characteristics of 6MW Spar-Type Floating Offshore Wind Turbine

A 6 MW spar-type floating offshore wind turbine(FOWT) model is put forward and a fully coupled aero-hydro-servo-elastic time domain model is established in the fatigue,aerodynamics,structures and turbulence(FAST) code.Influence rules of wind load and wave load on the characteristics of 6 MW spar-type FOWT are investigated.Firstly,validation of the model is carried out and a satisfactory result is obtained.The maximal deviations of rotor thrust and power between simulation results and reference values are 4.54% and-2.74%,respectively.Then the characteristics,including rotor thrust,rotor power,out-of-plane blade deflection,tower base fore-aft bending moment,and mooring line tension,are researched.The results illustrate that the mean value of dynamic response characteristics is mainly controlled by the wind-induced action.For characteristics of tower base fore-aft bending moment and platform pitch motion,the oscillation is dominated by the wave-induced action during all conditions considered.For characteristics of out-of-plane blade tip deflection and mooring line tension,the oscillation is commanded by combination effect of wave and wind loads when the wind speed is lower than the rated wind speed(hereinafter referred to as below rated wind speed) and is controlled by the wave-induced action when the wind speed is higher than the rated wind speed(hereinafter referred to as above rated wind speed).As to the rotor thrust and power,the oscillation is dominated by the wind induced action at below rated wind speed and by the combination action of wind and wave loads at above rated wind speed.The results should be useful to the detailed design and model basin test of the 6 MW spar-type FOWT.     

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.      

基于SOGI-FLL-WPF的磁悬浮多跨转子不对中振动检测

为解决磁悬浮多跨转子不对中振动检测问题，首先，建立磁悬浮转子系统动力学模型及联轴器不对中模型；其次，基于多跨转子力学模型模拟转子不对中振动状态，并采用二阶广义积分-锁频环（second order generalized integrator-frequency locked loop，SOGI-FLL）对振动信号进行转速辨识；然后，将转速辨识信息输入至SOGI进行转速同频陷波，进而利用带预滤波器的SOGI-FLL （SOGI-FLL with prefilter，SOGI-FLL-WPF）对陷波后的信号进行磁悬浮多跨转子不对中振动检测；最后，通过磁悬浮多跨转子定速和升速状态下的仿真计算，验证了本文提出多跨转子不对中振动检测方法的可行性. 实验结果表明:由转子不对中引起的转速二倍频振动信号可被快速辨识出幅值和频率，可为磁悬浮多跨设备的应用奠定基础.      

感应电机反馈线性化解耦控制

针对感应电机复杂耦合非线性模型，通过将转子磁链设置为Ф=φ^2α＋φ^2rβ，提出了新的控制策略，将感应电机转子磁链与转子速度解耦，成为两个独立的线性子系统，实现两者完全线性化，可用线性系统的二次最优化理论求解，设计的控制率没有奇异点问题，保证了转子磁链、转速及负载转矩的渐进跟踪．仿真验证了该方案的有效性．当转子转速变化时，转子磁链不会改变，实现了两者解耦，使系统具有良好的动静态性能．     

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%.      

汽轮发电机运行状态对偏心磁拉力的影响研究

采用有限元方法计算了汽轮发电机转子动偏心形成的不平衡磁拉力（UMP）,以QFSN-220-2型汽轮发电机作为研究对象,分析了发电机动偏心程度、方向对不平衡磁拉力的影响,并在一定的偏心程度下分析了发电机有功、无功出力变化对UMP的影响.结果表明：UMP随着偏心程度增加而增大,UMP方向随着偏心方向改变而改变,在相同偏心程度下转子偏心方向对UMP的大小具有一定影响.发电机的功率调节对UMP的幅值具有显著影响.因此,当发电机出现振动超标现象时可以通过临时调节无功改善机组振动状态.     

轨道车辆永磁直驱技术综述

概述了国内外采用永磁直驱技术的轨道车辆发展状况,归纳了永磁直驱转向架的结构形式,讨论了抱轴式直驱结构与弹性架悬式直驱结构的特点及其适用情形,分析了永磁直驱转向架的蛇行运行稳定性与曲线通过性;针对轨道车辆应用,从磁性材料、冷却系统、温升效应、电机质量、气隙磁密、反电势抑制、失磁故障、电路结构等方面论述了永磁直驱牵引电机的...     

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.      

轨道交通牵引动力传动系统动力学研究综述

为了提升轨道车辆牵引动力传动系统的动态服役性能,保障服役可靠性与安全性,分析了牵引动力传动系统的动力学研究现状与发展趋势,研究了齿轮动力学、滚动轴承动力学和机电耦合效应的分析理论与研究方法,探讨了其未来的研究重点和发展方向。研究结果表明:在牵引动力传动系统动力学研究中,主要采用集总参数法进行耦合动力学建模,重点考虑齿轮时变啮合刚度和轮轨激扰等动态激励,分析齿轮传动与车辆系统的耦合振动特性;在轨道机车车辆滚动轴承动力学研究中,主要分析了轴箱轴承、电机轴承、电机抱轴承、齿轮箱轴承4种不同滚动轴承的动态特性;正在逐步深入开展基于转子动力学和机电耦合效应的机车牵引电机控制策略、谐波转矩抑制、故障激励机理及特征的研究;牵引电机、齿轮传动、轴承等关键部件的研究相对独立,未充分考虑彼此间的动态耦合关系,尚未揭示动力学相互作用机制;在前期研究基础上,今后重点关注的主要研究方向是进一步考虑整车服役环境影响,深入研究牵引动力传动系统关键零部件的动态特性、载荷识别、疲劳寿命、故障机理、故障诊断、性能演变规律与状态监测,探索新型牵引动力传动系统动力学特性。      

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.      

初级级联直线感应电机的无速度传感器矢量控制

为了研究磁浮系统中的恒速驱动及适时速度调节性能,根据Maxwell方程及电机的矢量控制原理,以磁浮系统中的直线感应电动机为研究对象,在其推力与初级绕组中电流矢量关系的基础上,设计了无速度传感器矢量控制器,并利用Matlab/Simulink软件验证控制器的正确性.研究结果表明:当速度在小范围内受扰动时,控制器运用电流内环、电压外环控制方式自动调节整流器的直流母线电压,调节时间小于10 ms;当控制器接收到指令速度时,改变逆变器的频率,该频率改变电机同步速,达到调速的目的,调节时间小于50 ms,表明在工频小于3个周期时,满足磁浮系统的控制要求.      

船舶动力定位系统推进器推力损失计算

阐述了船舶动力定位系统（DPS）推进器推力损失的形成机理,采用基于模型试验的半经验计算方法,对推进器与船体之间的相互干扰﹑推进器之间的相互干扰、海流﹑波浪等因素引起的推进器推力损失进行了计算.在已知推进器的参数和布置以及海流、波浪等环境载荷参数条件下,计算和分析了DPS推进器在360°的范围内产生推力时的推力损失图.针对计算结果提出了推力最优分配中设置禁区的概念,并对如何减小推力损失的措施进行了探讨.     

磁浮列车悬浮导向方案研究

本文介绍了磁浮列车的基本原理、优越性及国内外研究状况，在对两种典型的常导悬浮与导向方案进行分析的基础上，着重比较了它们的一些重要性指标，以及实心导轨由于电磁铁运动产生涡流所引起的电磁阻力的分析与计算，最后选定方案。     

KEY TECHNOLOGY FOR PRACTICAL 1-mm-DIAMETER ELECTROMAGNETIC MICROMOTOR

IntroductionThe development of microfabricated motors hasbecome an expanding field in microtechnology.The efforts have been concentrated on the use ofelectrical forces,mostly with electrostaticdrive[1～ 7] .Electrostatic micromotors with typi-cal rotor diameters of1 0 0 μm have been fabricat-ed entirely by planar IC- processes.Their maindrawbacks are small output torque( 1 0 -9N· m-scale) and high driving voltage( about1 0 0 V) .In contrast,electromagnetic drives which are ef-ficient as th…     

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。      

一种单相电容电机变频调速方法

为使单相电容电机可作高性能的变频调速，根据这种电机结构和特点，利用磁通空间矢量的电机内近似构成圆形旋转磁场的原理，提出了一种新的变频调速方法，并对相关的控制模式和参数计算作了探讨。结果表明：该方法具有优良的起动和调速特性，尤其便于电机的恒转矩或恒功率调速控制。另外，该方法所使用的主电路可兼顾三相电机的变频调速。