本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度精確測(cè)試方法，通過(guò)有限元仿真計(jì)算和振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果的比較來(lái)準(zhǔn)確識(shí)別磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度的數(shù)值表達(dá)式，其中振動(dòng)試驗(yàn)為模態(tài)試驗(yàn)、頻率響應(yīng)試驗(yàn)中的一種，計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果的比較可通過(guò)MatLab工程軟件編程實(shí)現(xiàn)計(jì)算。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠求得在穩(wěn)定懸浮控制下磁場(chǎng)支承剛度表達(dá)式，為研究磁懸浮支承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提供有用的研究方法和必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及磁懸浮控制系統(tǒng)
，特別涉及。
技術(shù)介紹
磁懸浮支承技術(shù)是一門(mén)涉及多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，它可以通過(guò)傳感器檢測(cè)出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器(PID控制)將檢測(cè)到的位移量變換成控制信號(hào)，然后功率放大器將這一控制信號(hào)放大，轉(zhuǎn)換成控制電流，控制電流在執(zhí)行磁鐵中產(chǎn)生磁力從而使被控對(duì)象維持其懸浮位置不變。由于磁懸浮支撐的無(wú)機(jī)械接觸、消除磨損、無(wú)需潤(rùn)滑密封、支撐動(dòng)態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，使該技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。因很多機(jī)器都帶有柔性附件，它們基本上都可簡(jiǎn)化為懸臂外伸薄板結(jié)構(gòu)，但它們內(nèi)阻很低，模態(tài)阻尼小，如果不采取措施對(duì)其振動(dòng)進(jìn)行抑制，一旦受到外界干擾，將會(huì)對(duì)機(jī)器的工作性能產(chǎn)生重大影響。又磁懸浮軸承簡(jiǎn)稱(chēng)磁軸承，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、能耗低、無(wú)機(jī)械磨損、噪聲小、無(wú)潤(rùn)滑介質(zhì)、壽命長(zhǎng)、控制靈活等，滿足了高精高速轉(zhuǎn)子的性能要求，使得磁懸浮電主軸在航空航天、能源、交通、生命科學(xué)、真空技術(shù)、渦輪機(jī)械及機(jī)床等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。磁懸浮懸臂薄板及磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)是通過(guò)電磁作動(dòng)器實(shí)現(xiàn)對(duì)被懸浮物體的支承及振動(dòng)主動(dòng)控制作用，磁懸浮支承的動(dòng)剛度對(duì)被懸浮物體的的動(dòng)態(tài)特性影響顯著，現(xiàn)有的較成熟的PID磁懸浮控制系統(tǒng)，其控制參數(shù)(如比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)及微分環(huán)節(jié)的參數(shù))對(duì)磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度的影響是純理論計(jì)算的，與真實(shí)磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度有較大的誤差，所以如何精確測(cè)量磁懸浮支承的動(dòng)剛度研宄意義重大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是針對(duì)
技術(shù)介紹
中所涉及的缺陷，提供一種磁懸浮支承動(dòng)剛度精確測(cè)試方法，能夠求得在穩(wěn)定懸浮控制下磁場(chǎng)支承剛度表達(dá)式，為研宄磁懸浮支承系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性提供有用的研宄方法和必要的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。本專(zhuān)利技術(shù)為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案: ，包含以下步驟: 步驟1)，在非接觸式磁懸浮支承的可導(dǎo)磁的被懸浮物體上設(shè)置加速度傳感器以采集其加速度響應(yīng)信號(hào)； 步驟2)，在力錘上設(shè)置力傳感器以采集力激勵(lì)信號(hào)； 步驟3)，在被懸浮物體自由的狀態(tài)下，通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵(lì)信號(hào)和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到被懸浮物體自由的狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)； 步驟4)，在被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下，通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵(lì)信號(hào)和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)； 步驟5)，根據(jù)步驟3)中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立被懸浮物體自由狀態(tài)下的準(zhǔn)確有限元模型； 步驟6)，根據(jù)步驟4)中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在步驟5)所建立的有限元模型的基礎(chǔ)上添加彈簧-阻尼單元模擬磁懸浮支承，建立被懸浮物體在穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下的有限元模型； 步驟7)，通過(guò)調(diào)整所述彈簧-阻尼單元的剛度表達(dá)式的系數(shù)，使得步驟6)中建立的有限元模型的計(jì)算數(shù)據(jù)與步驟4)中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間差值的絕對(duì)值小于等于預(yù)設(shè)的閾值，此時(shí)，彈簧-阻尼單元的剛度表達(dá)式即為磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述彈簧-阻尼單元的剛度表達(dá)式為: Κ=ρ1+ρ2* ω+ρ3*ω:^"+ρη*ωιΗ 其中，ω為計(jì)算的頻率，pl，p2，..., ρη為待確定的系數(shù)。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)和步驟4)中通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體時(shí)以力錘為參考點(diǎn)，加速度傳感器為移動(dòng)點(diǎn)。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)和步驟4)中通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體時(shí)以加速度傳感器為參考點(diǎn)，力錘為移動(dòng)點(diǎn)。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)均為模態(tài)頻率。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)均為模態(tài)振型。作為本專(zhuān)利技術(shù)進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述試驗(yàn)數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)均為頻率響應(yīng)函數(shù)。本專(zhuān)利技術(shù)采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果: 1.通過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)測(cè)試和軟件計(jì)算相結(jié)合的方法來(lái)精確測(cè)出磁懸浮支承的動(dòng)剛度，其操作便捷，結(jié)果精確；而其他現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)試出磁懸浮支承的動(dòng)剛度； 2.振動(dòng)測(cè)試試驗(yàn)如模態(tài)試驗(yàn)等手段成熟，試驗(yàn)數(shù)據(jù)可靠，為磁懸浮支承系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研宄提供可靠數(shù)據(jù)，對(duì)工程應(yīng)用提供可靠的依據(jù)； 3.軟件計(jì)算采用成熟的商業(yè)有限元軟件和MatLab工程計(jì)算軟件，操作方便，計(jì)算結(jié)果可靠。上述說(shuō)明僅是本專(zhuān)利技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本專(zhuān)利技術(shù)的技術(shù)手段，并可依照說(shuō)明書(shū)的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本專(zhuān)利技術(shù)的較佳實(shí)例并配合附圖詳細(xì)說(shuō)明如后。本專(zhuān)利技術(shù)的【具體實(shí)施方式】由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。【附圖說(shuō)明】此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本專(zhuān)利技術(shù)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不構(gòu)成對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)的不當(dāng)限定，在附圖中: 圖1是磁懸浮支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及試驗(yàn)示意圖； 圖2是彈簧-阻尼單元?jiǎng)觿偠认禂?shù)Pl和Ρ2的迭代收斂過(guò)程； 圖3是計(jì)算模態(tài)頻率與試驗(yàn)?zāi)B(tài)頻率的誤差迭代收斂過(guò)程。圖中，1-被懸浮物體，2-力錘，3-加速度傳感器，4-磁懸浮支承系統(tǒng)，5-振動(dòng)信號(hào)分析儀，6-PC電腦。【具體實(shí)施當(dāng)前第1頁(yè)1 2 本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度精確測(cè)試方法，其特征在于，包含以下步驟：步驟1），在非接觸式磁懸浮支承的可導(dǎo)磁的被懸浮物體上設(shè)置加速度傳感器以采集其加速度響應(yīng)信號(hào)；步驟2），在力錘上設(shè)置力傳感器以采集力激勵(lì)信號(hào)；步驟3），在被懸浮物體自由的狀態(tài)下，通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵(lì)信號(hào)和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到被懸浮物體自由的狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；步驟4），在被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下，通過(guò)力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵(lì)信號(hào)和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理后得到被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)；步驟5），根據(jù)步驟3）中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立被懸浮物體自由狀態(tài)下的準(zhǔn)確有限元模型；步驟6），根據(jù)步驟4）中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在步驟5）所建立的有限元模型的基礎(chǔ)上添加彈簧?阻尼單元模擬磁懸浮支承，建立被懸浮物體在穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下的有限元模型；步驟7），通過(guò)調(diào)整所述彈簧?阻尼單元的剛度表達(dá)式的系數(shù)，使得步驟6）中建立的有限元模型的計(jì)算數(shù)據(jù)與步驟4）中得到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)之間差值的絕對(duì)值小于等于預(yù)設(shè)的閾值，此時(shí)，彈簧?阻尼單元的剛度表達(dá)式即為磁懸浮支承動(dòng)態(tài)剛度。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：郭勤濤，彭建康，曹云麗，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：南京航空航天大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇;32
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