磁悬浮支承-飞轮系统稳定运行关键技术综述

作为飞轮电池（飞轮储能系统）中的核心部件,磁悬浮支承-飞轮系统能否稳定运行直接影响整个飞轮电池系统的运行品质. 为促进我国新能源技术发展,加快“双碳”目标实现,在大量前沿研究成果的基础上,系统分析并总结了影响系统运行品质的复杂振动行为,归纳出模态自激振动与强迫响应振动是导致飞轮转子系统失稳的主要因素;基于两类不稳定因素,介绍了拓扑结构、动力学建模、控制策略、辅助保护等与系统稳定运行相关的关键技术的研究现状;提出了拓扑轴系高集成化、系统材料合理配比、辅助控制容错能力及备用轴承高可靠性这几个方面是今后研究的重点领域,旨在为实现磁悬浮支承-飞轮系统的高稳定运行提供解决思路.      

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.     

转子-轴承系统的润滑与碰摩特性分析

在同时考虑轴承油膜力、非线性密封力对碰摩转子影响的基础上,建立了多因素耦合的碰摩转子系统动力学模型.对转子系统在运行过程中的非线性碰摩行为进行了数值仿真,发现随着转子激励频率的增加,系统响应呈现出周期运动和拟周期运动交替出现,最后到达混沌运动及其演变过程.     

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.      

汽车磁悬浮减振系统的结构分析与模型研究

提出了一种汽车减振的新方案,即采用磁悬浮技术实现汽车振动的主动控制。讨论了汽车磁悬浮减振系统的工作原理,对其结构进行了分析,并建立了数学模型。仿真结果表明,该系统具有很好的动态特性,能满足汽车平顺性与安全性要求。     

具有滚动轴承座松动故障转子系统的分叉和混沌

以转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论为基础，针对一端轴承座松动的滚动轴承——转子系统的具体特点，建立了系统的动力学方程。通过数值仿真研究了转子系统在转速变化和松动间隙扩展时显示的周期分叉、拟周期和混沌运动等复杂动力学现象及其变化规律，得出了有价值的结论，可为该类故障的诊断提供参考。     

常导磁悬浮铁路磁轨关系研究

磁浮车辆与轨道梁相互作用不同于轮轨列车在于电磁悬浮取代了轮轨关系，磁轨关系是磁浮系统动力学研究的关键．通过对有源主动控制的电磁悬浮力特性研究，探讨了电磁作用的基本规律，为线性化磁轨关系提供了理论依据，并通过动力学数值模拟表明这种处理具有足够的精度，为开展磁浮车辆与结构动力相互作用研究提供了基础．     

基于零功率控制策略的混合磁悬浮系统

建立了由永久磁铁和常导线圈构成的混合悬浮系统及其数学模型．基于零功率控制策略，即保持电磁线圈中电流近似为零，设计了使系统稳定的控制器．仿真结果表明，这种混合式悬浮系统可以通过采用零功率控制策略实现大气隙、低能耗的稳定悬浮．与定气隙控制策略比较，两者均能实现大气隙稳定悬浮，基于零功率控制策略的控制系统能耗明显减少，悬浮稳定性稍有下降．     

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.      

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.      

大间隙环流中单圆盘弹支转子系统失稳阈分析

分析了大间隙环流中弹支单圆盘转子系统的失稳阈。首次定义了大间隙环流中转子系统界限失稳频率修正量△Ω和大间隙环流综合影响因子Im。结果表明,大间隙环流对弹支单圆盘转子系统的失稳阈有较大的影响,大间隙环流产生的流体动力质量ma是导致这种影响的根本原因。     

常导电磁悬浮动态特性研究

以常导磁浮车辆的悬浮导向基本单元为对象，对采用两级串联悬浮控制的单磁铁悬浮系统进行悬浮刚度和阻尼特性的理论与数值分析．分析结果表明：电磁悬浮刚度与间隙反馈系数成正比，悬浮阻尼与间隙变化速率反馈控制系数成正比；车体二系悬挂频率、轨道基频和控制系统特征频率任意两者互相接近时，容易发生车轨共振．     

多模态智能控制在磁悬浮轴承系统中的应用

针对强耦合多变量非线性的磁悬浮轴承控制系统,提出了多模态智能控制算法,根据控制器的输入信号的大小、方向及其变化趋势等特征,采用不同的控制策略及相应的控制模式,提高了系统的稳定性.实验结果表明:在动态性能和控制精度等方面,多模态智能控制的效果均优于增量式PID的控制效果.     

高温超导磁悬浮测试系统总体设计——数据采集与控制

给出了高温超导磁悬浮测试系统控制与数据采集部分的总体设计方案,并从硬件和软件两方面进行了深入细致的探讨。该方案较好地解决了如何在各种测试条件下对高温超导块材的性能进行自动测试的问题,在实际应用过程中取得了非常满意的效果。     

磁悬浮长大干线车站设计的探讨

在综合考虑磁悬浮长大干线特点基础上，参考高速铁路车站的类型特点，根据磁悬浮线路特点和在长大干线上磁悬浮列车的运行特点，从磁悬浮车站的分类、站型设计和站场相关参数的计算等方面探讨了磁悬浮长大干线车站的设计．     

电磁悬浮技术在汽车悬架系统中的应用

汽车悬架系统承受着路面传给汽车车轮的各个方向的力,同时担负着保证汽车行驶平顺性和操纵稳定性的重任,是汽车各总成中磨损较为严重的部分之一.本文借鉴电磁悬浮技术在磁悬浮列车上的成功应用,结合汽车悬架系统的基本结构,提出电磁式电控悬架的想法,并把传统的电控悬架的特点与之相比较.电磁式电控悬架在一定程度上减少了摩擦,增加行驶平顺性,简化悬架结构.     

非线性系统的智能容错控制

本文提出一种针对非线性系统问题的智能容错控制方案,该方案基于自适应模糊逻辑系统的学习方法,论述了控制器作为一个扩充的体系,集成了自适应模糊控制器、检测控制器及调节控制器三者的功能。仿真表明,所提出的控制方案能够有效的鉴别和适应非线性未知错误,且被控系统在不确定及产生错误时具有很好的稳定性和鲁棒性。