磁悬浮轴承用飞轮电池转子和基体的模态分析

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磁悬浮轴承转子系统动态特性的实验研究

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航
空
动
力
学
报
第 19 卷
图 2 转子离散化模型
F ig. 2 D ispersed m odel of the ro to r
图 3 系统传递函数框图
F ig. 3 T ran sfer function of system
表 1 各等效圆盘的质量、极转动惯量及直径转动惯量
0103945 012469 423173 016847 117978 489158 127193 961013 1893141 611896 141432 11938 541892 646149 013353 010166
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第 1 期
谢振宇等: 磁悬浮轴承转子系统动态特性的实验研究
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因此可采用激振实验方法, 将实际系统作为未被完全认识的 “灰箱” , 通过对它进行激振, 分析输入输出数据, 较准确地获得固有频率、阻尼及振型等 [5 ] 系统的动态性能参数 , 为系统的现场运行提供指导。本文以某磁悬浮系统为对象, 通过激振实验及系统的实际运行, 分析了系统的动态特性。
[1 ～ 3]
磁悬浮系统的设计是多电或全电航空发动机的关键技术之一[ 1 ]。鉴于航空发动机的特殊性, 在系统实际运行前, 需要预知其动态特性, 包括临界转速的位置、刚度阻尼的调整对转子振动的影响等, 以合理确定升速过程, 并采取措施避免转子在临界转速附近运行。由于实际系统的非线性、磁路存在漏磁、模型简化时的误差等因素, 难以用分析的方法完善地建立系统的数学模型并分析系统的固有特性[ 4, 5 ]。

径向永磁偏置磁悬浮轴承转子模态分析

模态分析，定其动态特性。确本文先分析某径向永磁偏置磁悬浮轴承刚度阻尼本文研究的永磁偏置磁悬浮轴承对转轴的４个径向自南度进行主动控制，利用径向轴承的向心力实现
ＡｍｅｉａｎｓｉｕｅｏｒｎｔｃｎｔｏｕｉｓＩｃ２０６ｒｃｎＩｔｔｔｆＡｅｏａｕｉｓａｄＡｓｒｎａｔｃｎ，０．
无人机各分类部件重量干算公式，同时引入修正网子占
以便根据实际情况对分类重量计算结果进行修正，最
中图分类号：Ｈ１３Ｔ３．３
振型支承剐度
文献标识码：Ａ文章编号：００４９ｆ１）３０２ — ３１０ — ９８２１０ — ０６００
磁悬浮轴承是利用可控磁场力提供无轴承支承．
使转子稳定悬浮于空间并且其动力学性能由控制系统调整的一种高性能轴承，电主轴、缩机、轮储能、在压飞
ＤａｉｌｎｅＰ．Ｒａｍｅ．Ａｉｃａｓｇ：ＣｏｃｐｕｌＡｐｐｏｃｙｒｒｒｆＤｅｉｎＡｎｅｔａｔｒａｈ．
软件ＡＮＳＹＳ对转子进行模态分析．到转子前五阶固得有频率与模态振型：最后分析支承刚度对转子固有频
飞机设计手册总编委会．机设计手册（十册结构设计）飞第

磁悬浮轴承的性能分析与实验研究

磁悬浮轴承的性能分析与实验研究磁悬浮轴承是一种利用磁力将旋转机械设备浮起并保持稳定运行的轴承系统。

相较于传统的机械轴承，磁悬浮轴承具有更低的摩擦和磨损、更高的转速、更小的振动和噪音、以及更高的可靠性和寿命。

因此，磁悬浮轴承在航空、能源、高速列车等领域具有广泛的应用前景。

磁悬浮轴承的性能分析是研究和开发磁悬浮轴承技术的重要环节。

为了提高磁悬浮轴承的性能，研究人员需要详细分析其各项参数的影响以及相互之间的关系。

这包括磁力的大小和方向、悬浮稳定性、动力性能等。

通过对磁悬浮轴承的性能分析，可以优化设计、改进控制策略，使其更好地适应实际工作需要。

要进行磁悬浮轴承性能分析，首先需要建立数学模型。

这个模型将考虑轴承的工作原理、磁力场分布、力学特性等因素，以便对磁悬浮轴承的性能进行定量描述。

然后，通过仿真软件或实验装置对模型进行测试和验证。

模型测试的结果将显示磁悬浮轴承的性能指标，如轴向力、径向力、刚度、阻尼等。

进一步分析这些指标的变化规律，可以得到磁悬浮轴承在不同工况下的工作性能。

在性能分析的基础上，磁悬浮轴承的实验研究也是不可或缺的。

通过实验可以验证模型的准确性，并获取更真实的性能数据。

例如，在振动控制方面，可以通过实验来确定合适的振动传感器和控制器，以实现对磁悬浮轴承的精确控制。

同时，实验也可以测试磁悬浮轴承的寿命和可靠性，以及与其他部件的兼容性等。

磁悬浮轴承的性能分析与实验研究不仅仅是一种技术研发工作，更是一种科学探索。

例如，研究人员可以通过对磁悬浮轴承材料的物理性质和结构的研究，探索新的材料和制造工艺，以提高磁悬浮轴承的性能。

此外，还可以通过对磁悬浮轴承的动力学特性的研究，解决轴承在高速运动时的失稳问题，以实现更高的转速和更好的稳定性。

总之，磁悬浮轴承的性能分析与实验研究对于磁悬浮轴承技术的发展和应用至关重要。

通过准确分析各项参数和模型的验证，可以优化设计和控制策略，提高磁悬浮轴承的性能。

同时，通过实验研究，可以验证模型的准确性，获取更真实的性能数据，并解决实际工程应用中的问题。

磁悬浮轴承_转子_基础系统的耦合动力学模型

第 11 期 2008 年 11 月
文章编号： 1001-3997 （2008 ） 11-0137-02
机械设计与制造 Machinery Design ＆ Manufacture
137
磁悬浮轴承-转子-基础系统的耦合动力学模型 *
张薇薇胡业发（武汉理工大学机电工程学院，武汉４３００７０）
y
００００１
00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
xbA 0 0 0 ybA 0 0 0 0 ybB 0 = KIBIB +KBXB， 0 0 ybB 0 0 0 0 0 0
式（6 ）即为考虑了基础在一个平面内平动的磁悬浮轴承-转（2 ）（3 ）子-基础系统的动力学方程，由于仅考虑了基础在一个平面内的平动，式中 M 为非对称矩阵，陀螺矩阵 G 为反对称矩阵。
３控制系统的微分方程
Fr 中的控制电流 iA、 iB 受制于磁悬浮轴承的控制方式，与控制系统有关，因此需补充控制系统的微分方程。如图 4 所示，即为控制系统对五自由度的磁悬浮轴承—转子系统实施控制的信号
mu uy o ru g ux Ωt x
流程图。
Uo Uout IB Ue Uc （Ue ） Ga （Uout ）控制器功率放大器 Fext KIB 1/m qB GB KB qB qB
轴向磁力轴承径向磁力轴承径向磁力轴承转子传感器功率放大器控制器
yz 平面内垂直方向平动的情况，用 Y 来表示基础在垂直方向的平动位移， K 为基础的支承刚度， u 为地面在垂直方向的随机振动，将前后径向磁力轴承等效为弹簧阻尼系统与基础相连。如图 2 所示， o’ -x’ y’ z’绝对坐标系， o-xyz 为与转子固联的坐标系， z 轴重合于转子的几何中心轴线， o 与转子的质心 C 重合， lbA、 lbB 分别为前后轴承到转子质心的距离， fxA、 fyA 为前轴承对转子的作用力， fxB、 fyB 为后轴承对转子的作用力， lsA、 lsB 分别为传感 xA、 yA、 xB、 yB 为传感器检测的转子位移输器到转子质心的距离，出， lu 为推力盘（径向轴承转子）到质心的距离， fu 为径向轴承转子上的质量不平衡所产生的离心力， φ 为转子绕 z 轴的角度， γ、 ψ分别为 z 轴在 x’ o’ z’ 和 y’ o’ z’ 平面上的投影线与 z’ 轴的夹角， Ωt 为传感器检测出的转角（Ω 为角速度）， fz 为测得的轴向力， β 为所测推力盘上的不平衡量产生的惯性离心力的初始相位。

电磁悬浮飞轮转子系统的模态解耦控制

轴承系统各模块的带宽，这容易使得控制信号被高频噪声严重干扰；另一方面要对陀螺效应产生的章
动模态和进动模态进行抑制。于后者，对已经提出了
多种解决的方法。些方法可分为两类，这一类是基于
现代控制理论的控制方法，滑模控制、综合、如
第２卷第３５期２１０２年６月
振动工程学报
ＪｕｎｌｏｂａｉｎＥｎｉｅｒｎｏｒａｆＶｉｒｔｏｇｎｅｉｇ
Ｖｏ．２ｏ．１５Ｎ３
Ｊｎ２１ｕ．０２
电磁悬浮飞轮转子系统的模态解耦控制
章琦，祝长生
（浙江大学电气工程学院，浙江杭州３０２）１０７
摘要：于电磁悬浮飞轮转子系统的数学模型，先提出了一种在高速下能够使电磁悬浮飞轮转子系统保持稳定基首运行的模态解耦控制方法，后对这种方法的解耦效果以及控制的有效性进行了仿真分了比较。果表明提出的模态解耦控制方法可以实现对电磁轴承飞轮转子系统的转动模态和平动模态结
高速飞轮储能转子系统具有两个明显的特点，一是相对于轴承的刚度来讲，转子的刚性较大；另一个是系统具有较强的陀螺效应。以飞轮转子系统一般所作为刚性转子系统来处理，这样会出现转动和平动两种刚性模态。飞轮转子旋转时，由于飞轮转子强陀螺效应的作用，转动模态又会分解为章动模态和进动模态。章动模态的频率随转速同步上升，高速下与转子转动同步频率之比接近于转子的极转动惯量与横向转动惯量之比。动模态的频率则随转速上升不断下进降，在高速下趋向于零。理论上章动模态频率和进动

磁悬浮飞轮用永磁偏置磁轴承漏磁分析

个由轴承结构而定的漏磁系数‘引。
式中：Ｃ为曲面．ｓ。的周界曲线，即通过面积｜ｓ。的磁通量就等于矢量磁位Ａ沿Ｓ。面周界曲线Ｃ的回路积分值。对于二维平行平面磁场，由于Ａ。＝Ａ，＝ｏ，所以通过单位轴向长度（＆＝１）的磁通量
（ｂ应为
ｒ
２径向磁轴承电磁场的有限元分析
漏磁系数的计算可通过对磁轴承磁场进行分析后由磁通路径处的矢量磁位Ａ求得。针对前述样机用径向磁轴承，以下推导遵循的假设有：导磁环和定、转子铁芯材料为各向同性，肛为磁导率；只考虑静态磁场；在平面磁场的状态下只需对电流
，１
ｒ１
咖（㈣）＿垆：ｄｚ２上Ａ正ｄｚ一上Ａｚｌｄｚ＝Ａ，２一Ａ，ｌ
（６）（６）式说明，通过某路径上轴向为单位长度的矩形面积内的磁通量数值上等于该路径两端点上矢量
磁位值之差。故主磁通的漏磁大小可以通过主磁
路不同路径处矢量磁位Ａ求得。
密度矢量Ｊ和矢量磁位Ａ在ｚ轴方向分量进行计算。根据电磁场麦克斯韦方程组并取库仑条件为限度条件，设求解区域为力，媒介分界面为Ｃ，边界条件为ｆ，则磁势函数的边值问题可完整地
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＳｔｕｄｙ
ｏｎ
ＦｌｕｘＬｅａｋａｇｅｆｏｒＰｅｒｍａｎｅｎｔ
Ｍａｇｎｅｔ
Ｂｉａｓｅｄ
Ｍａｇｎｅｔｉｃ
Ｂｅａｒｉｎｇｉｎ
ＭａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙＳｕｓｐｅｎｄｅｄ
ＦｌｙｗｈｅｅｌＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＪｉｎ－ｊｉ
ＹＡＮＧＬｅｉ，ＦＡＮＧＪｉａｎ—ｃｈｅｎｇ，ＨＡＮＢａｎｇ—ｃｈｅｎｇ，ＳＵＮ
显示部件用于故障报警信息显示。系统运行发生
３
结束语
３ＭＺｌ３６磨床控制系统经改装投入使用后，运
行情况良好，故障率大大降低。系统具有安全、直观、简单易操作等特点。监控、故障诊断等功能的实现，给故障维修指示方向，降低了停机维修时间，提高了设备利用率。

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析磁悬浮轴承是一种利用磁场悬浮和控制转子运动的先进轴承技术。

它具有无接触、无摩擦、无磨损、低振动、低噪音、高精度、高速度等优点，被广泛应用于高速、精密、超高速旋转机械设备中，如风力发电机组、离心压缩机、离心泵等。

磁悬浮轴承的关键部件是磁轴承和控制器。

在磁悬浮轴承的转子系统中，振动问题是一个重要的研究课题。

振动会影响磁悬浮轴承的稳定性和性能，甚至引起系统故障，因此对磁悬浮轴承-转子系统进行理论与试验模态分析，对于优化设计和提高系统性能具有重要意义。

磁悬浮轴承-转子系统的理论模态分析是通过计算和仿真分析系统的固有频率、振型和模态阻尼等参数，来了解系统结构的振动特性。

而试验模态分析则是通过实验测试和数据处理方法来获取系统的振动响应，并进一步识别系统的振动模态。

综合理论和试验模态分析可以全面了解磁悬浮轴承-转子系统的振动特性，为系统设计优化和性能改进提供有效的依据。

磁悬浮轴承-转子系统的理论模态分析可以采用有限元分析方法。

有限元分析是一种通过离散化系统结构并建立数学模型，通过数值计算方法求解系统的振动特性的工程分析方法。

通过有限元分析可以计算系统的固有频率、振型和模态阻尼等参数，为系统的动态特性提供定量的分析结果。

通过对磁悬浮轴承-转子系统进行有限元分析，可以全面了解系统的动态响应特性，并为系统的振动控制和优化设计提供理论依据。

在进行磁悬浮轴承-转子系统的理论模态分析时，需要建立系统的有限元模型。

首先需要对系统的结构进行几何建模，并对系统的材料特性、约束条件和加载条件进行设定。

然后需要对系统的有限元网格进行划分，并建立系统的质点、弹簧、阻尼和集中质量等动力学模型。

接下来通过有限元软件进行系统的振动分析，计算系统的固有频率、振型和模态阻尼等参数，得到系统的模态分析结果。

另外，磁悬浮轴承-转子系统的试验模态分析通常采用模态测试方法。

在进行模态测试时，通常需要采用加速度传感器、振动传感器和激励器等设备来对系统进行激励和响应测试。

磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制

磁悬浮轴承系统的模型辨识与控制周亮，甘杨俊杰（中车株洲电机有限公司，湖南　株洲　４１２０００）摘要：对某磁悬浮轴承系统进行了理论建模，并进行了试验。

由于建模时忽略了功率放大器和位移传感器的影响，磁悬浮轴承系统理论模型与其实际特性有较大差异，磁悬浮轴承系统是一个三阶模型，而非理论模型的二阶模型，基于理论模型设计的控制器难以获得较好的控制性能，建模时需考虑功率放大器和位移传感器的影响。

为优化控制性能，采用频域辨识法对实际系统进行模型辨识，得到系统的频率特性，并对辨识数据进行模型拟合。

在辨识得到的三阶模型基础上，采用极点配置法重新设计控制器，对转子进行悬浮控制，转子稳定悬浮时的位移波动量降低了约６０％。

关键词：磁悬浮轴承；滑动轴承；控制器；模型辨识；传递函数中图分类号：ＴＨ１３３．３；ＴＰ２７３文献标志码：ＢＤＯＩ：１０．１９５３３／ｊ．ｉｓｓｎ１０００－３７６２．２０２１．０１．００１ＭｏｄｅｌＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＣｏｎｔｒｏｌｏｆＡｃｔｉｖｅＭａｇｎｅｔｉｃＢｅａｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＺＨＯＵＬｉａｎｇ，ＧＡＮ－ＹＡＮＧＪｕｎｊｉｅ（ＣＲＲＣＺｈｕｚｈｏｕＥｌｅｃｔｒｉｃＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｚｈｏｕ４１２０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｓｅｔｕｐａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒａｎａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅｒｅｉｓａｌａｒｇｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌａｎｄａｃｔｕａｌｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｄｕｅｔｏｎｅｇｌｅｃｔｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｄｕｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｓａｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｌｒａｔｈｅｒｔｈａｎａｓｅｃｏｎｄ－ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｌｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｏｂｔａｉｎｇｏｏｄｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｏｆｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒａｎｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓｅｎｓｏｒｓｈｏｕｌｄｂｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｄｕｒｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｔｈｅｍｏｄｅｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒａｃｔｕａｌｓｙｓｔｅｍｂｙｕｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｏｍａｉｎｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ，ａｎｄｔｈｅｍｏｄｅｌｆｉｔｔｉｎｇｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｆｏｒｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄｄａｔａ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｉｒｄ－ｏｒｄｅｒｍｏｄｅｌｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｉｓｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｓｕｓｐｅｎｄｔｈｅｒｏｔｏｒｂｙａｄｏｐｔｉｎｇｐｏｌｅａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｆｌｕｃｔｕａｔｉｏｎｉｓｒｅｄｕｃｅｄａｂｏｕｔ６０％ｗｈｅｎｔｈｅｒｏｔｏｒｉｓｓｕｓｐｅｎｄｅｄｓｔａｂｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ａｃｔｉｖｅｍａｇｎｅｔｉｃｂｅａｒｉｎｇ；ｓｌｉｄｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｍｏｄｅｌｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ；ｔｒａｎｓｆｅｒｆｕｎｃｔｉｏｎ磁悬浮轴承因具有无摩擦、无磨损以及无需润滑等一系列优点，在高速主轴、气体压缩机、人工心脏泵、飞轮储能等领域广泛应用［１］。

基于ANSYS的磁轴承飞轮转子的模态分析

基于ANSYS的磁轴承飞轮转子的模态分析汤双清;黄鹏;柯友文;宋文虎;李庆东【摘要】The dynamic characteristics of the magnetic bearing flywheelrotor are discussed.In the ANSYS 9.0 a 3D entity finite element model of magnetic bearing flywheel rotor is established;and then using the Block Lanczos method the first 20th order displacement, mode shapes and natura frequencies are extracted.Under the condition of no external force and bearing constraints, the rotor vibration mode and natural frequency of displacement are analyzed.And without the bearing constraints, we do another analysis of displacement,mode shapes and natural frequencies;then we have found the difference between the two experiments.The research results show that the characteristic parameters and the forms under different constraints change greatly.The results have certain guiding significance for integrated design of bearing and bearing vibration control.%探讨磁轴承飞轮转子的动力学特性.在ANSYS9.0中建立了磁轴承飞轮转子的三维实体有限元模型,利用Block Lanczos法提取了前20阶振型、位移和固有频率.在一种在无外力,轴承约束下,分析转子的振型、位移和固有频率;在无轴承约束下转子的振型、位移和固有频率,进而讨论两种方式下产生转子的振型、位移、固有频率的差异.研究结果表明,在不同的约束下这些特征参数和形态发生着显著的变化,对轴系一体化设计以及轴系振动控制有一定的指导意义.【期刊名称】《三峡大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(039)006【总页数】5页(P85-89)【关键词】磁悬浮轴承;飞轮电池;转子动力学;模态分析;有限元法【作者】汤双清;黄鹏;柯友文;宋文虎;李庆东【作者单位】三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学新能源微电网湖北省协同创新中心,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌443002;三峡大学新能源微电网湖北省协同创新中心,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002;三峡大学机械与动力学院,湖北宜昌 443002【正文语种】中文【中图分类】TH133.3随着飞轮电池应用越来越广泛,对转子的要求也越来越高,在高速机械领域具有广阔的应用前景,对其进行模态分析是必不可少的步骤[1-2].民用飞轮电池的速度一般约为2×104 r/min,通常需要经过多阶临界转速,并在其附近会发生共振现象.为了使其能快速通过,减少逗留的时间,要求对磁轴承飞轮转子的振动位移、振型及固有频率进行分析,了解其大致的区域.为进一步对转子的动态特性分析做准备,求解大型旋转物体固有频率和振动位移问题时,几何求解试算频率大幅度增加,经常会出现计算的数值精度相当低的情况,与实际结果差距很大.有限元法可以直接从实际的物理模型出发,对复杂形状进行离散化处理,通过构造不同试函数,效率比较高,计算精度也比较高,故采用有限元法能够较真实地模拟复杂物体,得出系统的固有频率及振型[3-5].利用ANSYS软件中模态模块,分析磁悬浮飞轮转子结构动力学:固有频率、振型和位移的分析.本文选择一种参数的飞轮,需要建模正确,单元选择及网格划分合理,模态参数设置合理,边界条件加载恰当,会获得准确的结果[6-7].1 转子模态分析的基本原理磁悬浮轴承飞轮转子结构动力学方程如下:式中,[M]为磁悬浮轴承飞轮转子的质量矩阵,([C]-ω[H])为磁悬浮轴承飞轮转子的阻尼矩阵,[K]为磁悬浮轴承飞轮转子的刚度矩阵,{¨r},{˙r},{r}为磁悬浮轴承飞轮转子的加速度,速度,位移矩阵,F为系统外部的激励载荷.其结构在无外力情况下,微分方程如下:其中式(2)中的ω为系统的固有频率,式(3)中的m为转子质量,k表示刚度系数.参照文献[8],该方程的具体解的形式如下:式(3)～(5)中,s为模态衰减指数,ω0为系统初始的固有频率,ωn为系统n阶固有频率,ωi为系统无阻尼固有频率,ωdi为系统有阻尼固有频率,模态阻尼比ξ=c/ce=c/2 km=c/2mωn,若s≥0则动力学系统稳定.ξ越大,稳定性越好.其结构的无外力情况下,无阻尼振动方程如下:任何一阶固有频率ωi都能获得一组非零解:其中,{φ}i表示i阶振动时的振幅列阵,称为动力学方程的i阶特征向量,也称为该系统的i阶模态.N阶自由度系统有N个固有频率,也就有N个模态{φ}1、{φ}2、…,{φ}N,这N 个列阵组合成一个N×N的方阵,记为[φ]=[φ1φ2…φN],称为系统的模态矩阵.模态分析就是计算系统特征方程的特征值ωi及其对应的特征向量{φi}.2.1 模型的简化本文中的磁轴承支撑转子的建模是采用三维实体建模的,为了方便分析,做以下合理的简化和假设:1)转子是由各个零件装配而来,并且各零件的材料属性是不同的,它们的装配关系暂且视为过盈配合,同时在ANSYS分析中,把转子视为相同的,运用等密度法来处理,在分析的过程中把轴承列入到转子系统中;2)忽略转子的不平衡力和其上面的空洞;3)将导体环和转子视为一体;4)3个轴承的中磁力各不相同,将3个磁力支撑简化为3个弹簧支撑,并具有一定的刚度和阻尼.2.2 建立转子模型本文选用的转子类型为Soilid42,材料为20Cr Mn Ti,其抗拉强度高达1 080 MPa,具体的材料性能见表1.表1 20Cr MnTi材料性能材料弹性模量/GPa屈服强度/MPa泊松比密度/(kg·m-3)20Cr Mn Ti 207 835 0.29 78002.3 转子网格划分本文采用Soilid42进行自由网格划分,选用网格7级划分,可以节约大量的计算时间.转子的有限元模型如图1所示.图1 整个转子有限元模型2.4 对转子施加约束依据文献[9]中不同轴承间隙所得刚度不同,从而探讨其对转子动力学的影响.根据2.1的描述,将转子的轴承支承系统简化为3个弹性-阻尼支承.3个电磁铁的磁力是不一样的,把3个磁悬浮轴承支承简化为3个支承,具体单元类型的实常数参数设置表2 弹簧-阻尼器具体单元类型的实常数参数弹性-阻尼刚度/(N·m-1) 阻尼/(N·s·m-1)COMBIN14支承 16 500 5 COMBIN14中间 1 000 50 COMBIN14径向 6 600 5磁轴承支承转子ANSYS建模采用的是三维实体建模,选用六面体结构实体单元类型来分析,在建模过程中需要选用四边形单元类型.设置相关参数.飞轮转子是飞轮储能核心部件,由于飞轮转子的结构相对简单,且中心轴对称,所以转子三维模型可直接在ANSYS中创建,这样可以提高仿真计算速度.首先建立转子截面几何模型,如图2所示.然后对其进行网格划分,最后通过截面的有限元网格扫描出整个转子的有限元模型,如图3所示.图2 弹性-阻尼支承单元转子轴对称模型图3 轴承扩展后的转子整个有限元模型有限元模型施加绕Z轴的旋转速度:10 000×2×3.142 59/60=1 047.2(rad/s).整个飞轮转子在施加约束和载荷的有限元模型如图4所示.两端不同轴承约束情况下,通过ANSYS软件中的模态模块(Modal类型).利用Block Lanczos法提取了前20阶的频率,如图5所示.图4 施加载荷转子有限元模型图5 转子有限元模型频率列表由于转子的前7阶的振型变化比较明显,所以仅选取转子的前7阶振型图来进行分析.图6～12和表3分别是前7阶转子振型图和前7阶转子的固有频率、振型、位移.模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法,是系统辨别方法在工程振动领域中的应用.由于较低阶的振型对结构振动的影响程度远远高于高阶振型,因此低阶模态往往决定了飞轮电池转子结构的动态特性,所以重点观察低阶模态的变化[7].图6 一阶转子振型图图7 二阶转子振型图图8 三阶转子振型图图9 四阶转子振型图图10 五阶转子振型图图11 六阶转子振型图图12 七阶转子振型图表3 两端轴承约束下转子的固有频率、振型、位移阶次频率/Hz 振型位移/mm 1 83.759 飞轮径向拉伸弯曲 0.169 6 2 240.24 飞轮径向拉伸弯曲 0.251 3 3 240.24 飞轮径向拉伸弯曲 0.251 3 4 423.72 飞轮径向拉伸弯曲 0.158 8 5 423.72 飞轮弯曲和扭转 0.158 7 6 877.07 飞轮弯曲和扭转 0.143 6 7 2 677.2 飞轮扭转 0.302 0从模态分析的振型图上看,转子中间和两端的振幅比较大,中间和两端比较容易受损,在转子旋转且工作转速达到临界转速时,容易发生共振现象.从转子的固有频率看 ,转子在2×104 r/min内运转主要考虑如何快速经过1-4阶的固有频率所对应的转速,当转子的转速达到该转速时,可能会出现剧烈的弓状回旋运动,轴的变形显著增大,情况严重时转子极有可能碰击箱体,发生故障.从振型图中可以看到,飞轮电池转子前4阶的振型表现为飞轮的弯曲振动,轴振型表现为扭转和弯曲同时存在.根据振动理论,振动过程中的能量主要集中在前6阶,因此整体弯曲振动是磁悬浮飞轮转子的主要振动形式[10].3 轴端不同约束对转子固有频率的影响对飞轮转子系统自由状态和约束状态下进行模态分析,研究了不同约束对轴系固有频率的影响,并查阅相关文献,确认了约束状态下模态频率的合理性[11].由于轮电池转子两端是约束的,在ANSYS操作的过程中要求轴两端设置为约束状态,分别约束相应的自由度(UX,UY,UZ).在没有轴承约束下,利用Block Lanczos法提取了前20阶的频率,如图13所示,同理选取转子的前7阶振型图.如图14～20所示,表4是前7阶转子的固有频率、振型、位移.表5、表6是转子在有/无轴承约束下的固有频率.图14 一阶转子振型图图13 转子有限元模型频率列表图15 二阶转子振型图图16 三阶转子振型图图17 四阶转子振型图图18 五阶转子振型图图19 六阶转子振型图图20 七阶转子振型图表4 七阶振型下转子固有频率,振型,位移阶次频率/Hz 振型位移/mm 1 23.79 飞轮径向拉伸弯曲 0.173 1 2 114.57 飞轮径向拉伸弯曲 0.252 7 3 114.57 飞轮径向拉伸弯曲 0.252 7 4 157.12 飞轮径向拉伸弯曲 0.147 8 5 157.12 飞轮弯曲和扭转 0.147 8 6 623.59 飞轮弯曲和扭转 0.147 0 7 2 197.6 飞轮扭转0.217 6表5 转子在轴承约束下的固有频率轴端一阶频二阶频三阶频四阶频五阶频六阶频七阶频自由 0 0 1.887 5e-4 6.970 3e-4 0.368 75 3.058 8 2 171.9上端 51.916 61.368 61.368 284.29 284.29 699.38 2 677.2下端 65.882 79.423 79.425 373.57 373.57 771.77 2 206.9两端 83.759 240.24 240.24 423.72 423.72 877.07 2 677.2表6 转子在无轴承约束下的固有频率轴端一阶频二阶频三阶频四阶频五阶频六阶频七阶频自由 0 0 2.638e-4 1.272 6e-3 1.284 1 2.992 2e-3 2 171.6两端 23.79 114.57 114.57 157.12 157.12 623.59 2 197.6不同约束对轴系固有频率的影响规律如下:1)表3和表4对比发现,有轴承约束下的转子固有频率要普遍高于没有轴承约束下的转子固有频率.前3阶频率下,振动位移反而小,可以看出轴承的约束可以提高飞轮电池转子固有频率和抑制转子振动位移.从表5和表6对比发现,约束模态下的分析结果较自由模态下更接近实际转子升降速试验中的临界转速值.2)约束试验模态分析得到一阶到四阶的固有频率值对应转速可以作为转子升降速试验的相应临界转速值,在临界转速区域内,采取一定的避振或减振措施,可以使转子平稳通过,但仍需进一步分析.4 结论目前很多对飞轮转子的摸态分析研究中都是在有轴承的约束下进行的,而本文对有无轴承约束的两种情况都做了研究分析.用Block Lanczos法提取了这两种情况下的前20阶的频率,并选取了前7阶转子的固有频率、振型、位移,将这两种情况下所分析的结果进行对比,发现在约束模态下的分析结果较自由模态下的分析结果更接近实际转子升降速实验中的临界转速值,同时在不同约束下这些特征参数和形态发生着显著的变化.因此在改变轴系约束状态的情况下,可以得到轴系模态情形,对轴系一体化设计以及轴系振动控制的研究有一定的指导意义.参考文献:[1] Bai J G,Zhang X Z,Wang L M.Flywheel Energy Sto-rage System with Active MagneticBearings[J].En-ergy Procedia,2012,16:1124-1128.[2] Tang C,Dai X,Zhang X.Rotor Dynamics Analys-is and Experiment Study of The Flywheel Spin T-estSystem[J].Journal of Mechanical Science and Te-chnology,2012,26:2669-2677.[3] Mehmet A A.Flywheel Geometry Design for Improv-ed Energy Storage using Finite Element Analysis[J].Journal of Materials and Design2008,29:514-518.[4] Hikihara,Takashi,Adachi.Levitation Driftsof Flywheel and HTSC BearingSystem CausedbyMechanicalResonance.Superconductivity,1997,291(1-2):34-40.[5] Genta G.Dynamic Study of Kinetic Energy Storag-e for A Hybrid Bus.Proceedings of The 23rd In-tersociety Energy Conversion Engineering Confere-nce,1989:81-86.[6] 曹勤,徐龙祥.基于有限元的磁悬浮轴承支承转子的模态分析研究[J].机械工程师,2009(1):76-77.[7] 孙红岩,张小龙.基于ANSYS软件的转子系统临界转速及模态分析[J].机械制造与研究,2008,37(4):53-54.[8] 李欣业,张明路.机械振动[M].北京:清华大学出版社,2009.[9] 汤双清.飞轮电池磁悬浮支承系统理论及应用研究[D].武汉:华中科技大学,2004.[10]Nakra B C.Vibration Control With Viscoelastic Mat-erials-III[J].Shock&Vibration Digest,1984,16(5):17-22.[11]韩东江,杨金福.气膜约束对轴系固有频率影响的试验[J].航空动力学报,2012,27(7):1646-1651.。

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析磁悬浮轴承-转子系统是一种精密、超高效和耐久的机械结构，应用于高旋转设备。

由于它的旋转准确度和同轴性优异，它已经成为广泛应用的机械设备。

该技术的完整的理论和模态分析也是它的发展趋势。

磁悬浮轴承-转子系统的完整框架理论分析以及相关的模态分析是研究其行为机制和设计机构的基础理论。

常见的磁悬浮轴承-转子系统的理论分析包括轴承力学及其扭曲、硬度、密封和磁场分析，尤其是与机械组件形状及尺寸规范有关的磁场分析。

此外，由于轴承、磁悬浮轴承和转子系统都具有弹性和非线性特性，非线性特性的研究也是不可或缺的组成部分。

为了系统精确地描述磁悬浮轴承-转子系统力学性能，对其进行模态分析是必不可少的过程。

模态分析可以提供系统内许多细节信息，如振动特性，不稳定现象和稳定现象，系统的自激振动数据，系统内部动态变化情况，系统结构的响应特性，等等。

基于模态分析的数据，专家可以细致地分析被评估的对象，并据此优化设计结构，以获得更好的机械性能。

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析研究，既能系统地揭示其特性，又能使其机械性能更有效地应用；这是研究技术发展潜力和创新设计的重要保证。

近年来，磁悬浮轴承-转子系统的研究和开发者正在努力改善其理论分析和模态分析的程序，目的是为研究和应用的磁悬浮轴承-转子系统的精度、承载能力、故障分析和维护等提供依据。

综上所述，磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析，不仅是技术发展和应用趋势，更是其安全、精确与稳定运行的关键保障。

只有深入研究其理论，并利用最新技术对其进行模态分析，才能更好地揭示其特性，更有效地利用它们，最终实现优化设计并保证其安全、精确与稳定的运行。

磁悬浮轴承稳定性分析

磁悬浮轴承稳定性分析磁悬浮轴承（Magnetic Bearing）是利用磁力作用将转子悬浮于空中，使转子与定子之间没有机械接触。

与传统的滚珠轴承，滑动轴承以及油膜轴承相比，磁轴承不存在机械接触，转子的转速可以运行到很高，具有机械磨损小，能耗低，噪声小、寿命长、无需润滑，无油污染等优点，特别适用于高速、真空、超净等特殊环境。

这项技术是20世纪60年代中期在国际上开始研究的一项新的支撑技术。

在各个领域都有着广泛的应用。

本文主要分析磁悬浮轴承的稳定性问题。

文章的第一部分介绍了磁悬浮轴承在国际和国内的发展与研究现状，并分析了磁悬浮轴承的一些特点。

文章的第二部分对磁悬浮轴承的稳定性进行了讨论，先论证了永磁轴承无法实现自稳定，然后对电磁轴承的稳定性进行了分析。

关键词：磁悬浮，轴承，电磁轴承，永磁轴承，稳定性第一章引言第一节磁悬浮轴承的研究背景国际上很早就有了利用磁力使物体处于无接触悬浮状态的设想, 但其实现却经历了很长的一段时间。

1842 年, Earnshow 证明: 单靠永磁体不能将一个铁磁体在所有 6 个自由度上都保持在自由稳定的悬浮状态.真正意义上的磁悬浮研究开始于20世纪初的利用电磁相吸原理的悬浮车辆研究，1937 年, Kenper 申请了第一个磁悬浮技术专利, 他认为，要使铁磁体实现稳定的磁悬浮, 必须根据物体的悬浮状态不断的调节磁场力的大小,因此必须采用可控电磁铁,这也是以后开展磁悬浮列车和磁悬浮轴承研究的主导思想。

随着现代控制理论和电子技术的飞跃发展, 20世纪 60 年代中期对磁悬浮技术的研究跃上了一个新台阶。

日本、英国、德国都相继开展了对磁悬浮列车的研究。

资料记载: 1969 年, 法国军部科研实验室(LRBA ) 开始对磁悬浮轴承的研究; 1972 年,第一个磁悬浮轴承用于卫星导向轮的支撑上, 从而揭开了磁悬浮轴承发展的序幕。

此后, 磁悬浮轴承很快被应用到了国防、航天等各个领域。

1983年11月，美国在搭载在航天飞机上的欧洲空间试验仓里采用了磁悬浮轴承真空泵; 同年，日本将磁悬浮轴承列为 80 年代新的加工技术之一, 1984 年, S2M 公司与日本精工电子工业公司联合成立了日本电磁轴承公司, 在日本生产、销售涡轮分子泵和机床电磁主轴等。

磁力轴承支承的转子动态特性研究

磁力轴承支承的转子动态特性研究一、本文概述随着科技的进步和工业的快速发展，对于高速、高精度旋转机械的需求日益增加。

磁力轴承作为一种新型的无接触轴承，因其无需润滑油、低磨损、无污染等特性，被广泛应用于各种高速旋转机械中。

本文旨在深入研究磁力轴承支承的转子动态特性，以期为提高旋转机械的性能和稳定性提供理论支持和实践指导。

本文将首先介绍磁力轴承的基本原理和分类，分析其在高速旋转机械中的应用优势。

随后，将详细阐述磁力轴承支承的转子动力学模型，包括转子的运动方程、稳定性条件等。

在此基础上，通过理论分析和数值计算，研究磁力轴承支承的转子在各种工况下的动态特性，如临界转速、振动模态、稳定性等。

还将探讨磁力轴承设计参数对转子动态特性的影响，为磁力轴承的优化设计提供理论依据。

本文将结合实验数据和仿真结果，对磁力轴承支承的转子动态特性进行验证和分析。

通过对比不同磁力轴承支承的转子动态特性，评估磁力轴承的性能和适用范围，为磁力轴承在高速旋转机械中的推广应用提供有力支持。

二、磁力轴承基本原理与结构磁力轴承，又称为磁悬浮轴承，是一种利用磁力实现无接触支承和稳定旋转的轴承技术。

其基本原理基于电磁感应和洛伦兹力，通过精确控制电磁场产生的力，实现转子的悬浮和稳定旋转。

磁力轴承主要由控制系统、电磁铁和位移传感器等部分组成。

磁力轴承的结构设计通常包括径向轴承和轴向轴承。

径向轴承负责支撑转子的径向运动，防止其与定子接触产生摩擦。

而轴向轴承则负责控制转子的轴向位置，确保其沿预定轨迹旋转。

电磁铁是磁力轴承的核心部件，通常由多个电磁线圈组成，这些线圈在控制系统的指挥下产生所需的电磁场。

位移传感器则负责实时监测转子的位置变化，为控制系统提供反馈信号，以实现对电磁场的精确控制。

磁力轴承的最大特点在于其无接触、无磨损的运行方式。

由于转子和定子之间不存在机械接触，因此可以大大降低摩擦和磨损，提高系统的可靠性和耐久性。

磁力轴承还具有高刚度、高阻尼和良好的动态特性，使得其在高速、高精度和高可靠性领域具有广泛的应用前景。

磁悬浮轴承_转子系统的理论与试验模态分析

第32卷第6期2010年12月武汉理工大学学报信息与管理工程版J OURNAL OF WUT (I N FORM AT I ON &MANAGE M ENT E NG I NEER I NG )V o.l 32N o .6D ec .2010文章编号:1007-144X (2010)06-0889-03文献标志码:A磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析周瑾,蔡永飞(南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016)摘要:通过对磁悬浮轴承-转子系统的模态分析,可为系统的振动特性分析以及结构动力特性的优化设计提供依据。

在NA STRAN 中建立了相应的磁悬浮轴承-转子系统三维有限元模型,计算前4阶固有频率、振型和临界转速,用锤击法对磁悬浮轴承-转子系统进行试验模态分析。

结果表明,其分析结果与试验模态分析结果基本一致,NASTRAN 对磁悬浮轴承-转子系统的动态仿真对系统设计有一定的指导意义。

关键词:磁悬浮轴承;NA S TRAN;模态分析;锤击法中图分类号:TH 133.3DO I :10.3963/.j issn .1007-144X.2010.06.008收稿日期:2010-05-06.作者简介:周瑾(1972-),女,江苏徐州人,南京航空航天大学机电学院副教授;博士.基金项目:江苏省自然科学基金资助项目(BK2007590);国家航空科学基金资助项目(2008ZB52018).模态是机械结构的固有振动特性,模态参数可以由计算或试验分析取得,这个过程称为模态分析。

模态分析过程如果通过有限元计算的方法取得,则称为计算模态分析;如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数,称为试验模态分析[1-2]。

如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一容易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性,就可能预知结构在该频段内在外部或内部各种振源作用下的实际振动响应。

因此,模态分析是结构动态设计及设备故障诊断的重要方法[3-6]。

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析

磁悬浮轴承-转子系统的理论与试验模态分析磁悬浮轴承是一种通过磁力悬浮和控制的方式来支撑和旋转转子的轴承系统。

它拥有许多优点，比如无接触、无磨损、低噪音和高转速等，因此被广泛应用于高速旋转机器领域，比如发电机、风力机和压缩机等。

磁悬浮轴承的转子系统的理论和试验模态分析是磁悬浮轴承研究中的一个重要方面，它对于磁悬浮轴承系统的优化设计和故障诊断具有重要意义。

1.轴承系统的结构与工作原理磁悬浮轴承系统由上、下磁轴承和转子组成。

上、下磁轴承分别位于转子的两端，它们通过电磁力和磁悬浮控制系统来支撑和操控转子的运动。

磁悬浮轴承系统的工作原理是利用磁场产生的磁力来支撑转子，从而实现无接触悬浮。

2.磁悬浮轴承的理论模态分析理论模态分析是研究磁悬浮轴承系统振动特性的一种重要方法。

通过对磁悬浮轴承系统的结构和动力学方程进行建模，可以得到系统的模态特性，包括自然频率、模态形态和模态阻尼等。

通过理论模态分析可以为磁悬浮轴承系统的优化设计和性能改进提供理论依据。

3.磁悬浮轴承的试验模态分析试验模态分析是通过实验手段研究磁悬浮轴承系统的振动特性。

通过在实验室或现场进行振动测试和频谱分析，可以得到系统的实际振动特性，包括模态参数、共振频率和振动模态等。

试验模态分析可以验证理论模态分析的结果，同时也可以为系统的故障诊断和状态监测提供重要信息。

4.磁悬浮轴承系统的模态优化设计磁悬浮轴承系统的模态特性直接影响着系统的动态稳定性和运行性能。

因此，通过对系统的模态特性进行分析和优化设计，可以提高系统的抗干扰能力和动态性能。

常见的优化方法包括结构优化、控制系统设计和材料选择等。

5.磁悬浮轴承系统的振动控制与故障诊断磁悬浮轴承系统在实际运行中可能会受到外部扰动或内部故障的影响，导致振动异常和系统性能下降。

因此，通过对系统的振动特性进行实时监测和分析，可以实现振动控制和故障诊断。

常见的方法包括模型预测控制、自适应控制和信号处理技术等。

6.磁悬浮轴承系统的应用与发展趋势磁悬浮轴承系统具有许多优点，已经被广泛应用于各种高速旋转机器中。

磁悬浮轴承的动态性能分析

磁悬浮轴承的动态性能分析【引言】磁悬浮轴承作为一种先进的轴承技术，在现代工业领域得到了广泛应用。

与传统的机械轴承相比，磁悬浮轴承具有摩擦小、无磨损、无润滑剂等优点，能够满足高速旋转设备的需求。

本文将从静态特性和动态特性两个方面对磁悬浮轴承的动态性能进行深入分析。

【静态特性】磁悬浮轴承的静态特性主要包括负载容量、刚度和失稳特性等。

首先是负载容量，磁悬浮轴承的负载容量主要取决于所采用的磁力系统的设计。

在磁悬浮轴承中，一般采用电磁力或永磁力来提供对轴承受力的支撑。

当负载力作用在轴向上时，磁悬浮轴承的负载能力通常较差。

此时，可以采用双向永磁力或电磁力来解决该问题。

其次是刚度，磁悬浮轴承的刚度表征了轴承对力的抵抗能力。

提高刚度能够有效降低系统的振动，从而提高设备的精度和稳定性。

最后是失稳特性，磁悬浮轴承在工作过程中可能会出现失稳现象，即轴线出现了一种类似于振动的运动。

为了解决这一问题，可以通过优化轴承的结构设计、增加控制参数来提高轴承的稳定性。

【动态特性】磁悬浮轴承的动态特性主要包括振动响应和控制性能。

首先是振动响应，振动是磁悬浮轴承所面临的一个重要问题。

在高速旋转设备中，振动会导致系统失衡、噪音增加、寿命缩短等问题。

因此，研究轴承的振动响应以及振动控制技术对于提高磁悬浮轴承的动态性能至关重要。

其次是控制性能，磁悬浮轴承的控制性能取决于控制系统的设计与实现。

优秀的控制系统能够实现对轴承的精确控制，降低系统振动和噪音，提高设备的稳定性和精度。

【动态性能分析】在磁悬浮轴承的动态性能分析中，常用的方法包括模态分析、频率响应分析和非线性动力学分析。

模态分析主要通过求解系统的特征值和特征向量来研究系统的固有振动频率和振型，从而判断系统是否存在共振现象。

频率响应分析是指在外界激励作用下系统的动态响应过程。

通过研究系统的频率响应曲线，可以得到系统的振幅、相位和幅频特性等信息，进一步优化系统的动态性能。

非线性动力学分析主要用于研究磁悬浮轴承系统在大振幅运动情况下的动态特性。

磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究

第13卷第1期中国惯性技术学报 2005年2月文章编号：1005-6734(2005)01-0072-05磁悬浮控制力矩陀螺的高速转子模态分析及实验研究冯洪伟，房建成（北京航空航天大学第五研究室，北京 100083）摘要：采用通用有限元软件包ANSYS7.0，建立了控制力矩陀螺结构的有限元模型，对磁悬浮飞轮转子组件以及陀螺整体组合结构进行了模态分析。

通过与实验结果对比，验证了模型的合理性和精确性，指出了盘轴相对弯曲模态是系统工作带宽内的主要模态，也是影响飞轮转子系统稳定性的主要原因之一，必须进行有效陷波处理。

分析结果为电磁轴承控制器参数的选取以及陀螺框架的设计提供了依据；采用ANSYS参数设计语言APDL建立的有限元模型也为下一步的优化设计奠定了基础。

关键词：控制力矩陀螺；模态；ANSYS；有限元模型；APDL中图分类号：U666.1 文献标识码：AModal Analysis and Experimental Study of MagneticSuspended CMG’s StructureFENG Hong-wei, FANG Jian-cheng(The Fifth Unit, Beijing University of Aeronautics & Astronautics, Beijing 100083, China)Abstract: The finite element model of the structure of the control moment gyroscope(CMG) is established and modal analysis about the rotor component and CMG combined structure is described in the application of the large-scale general software ANSYS7.0. It has been proved that the model is reasonable and the calculation result is accurate compared with that of natural frequencies in experiment. It is pointed out that the bending mode between the rotary table and the axis of the rotor is one of the major factors that affect the stability of the magnetic bearing-rotor system, and must be restrained by notch filter. The analysis results provides the basis for choosing the parameters of controller and designing the gimbals, and the FEM model build by the APDL language lays a foundation for the following optimal design.Key words: control moment gyroscope; mode; ANSYS; finite element model; APDL0 引言控制力矩陀螺（Control Moment Gyroscope，简称CMG）是空间站等长期运行的大型航天器实现姿态控制的关键执行机构。

磁悬浮轴承系统的振动特性分析与控制

磁悬浮轴承系统的振动特性分析与控制概述：磁悬浮轴承是一种新型的轴承技术，通过利用磁场力实现对转子的悬浮和定位，从而消除了传统机械轴承的摩擦和磨损，提高了轴承系统的可靠性和工作效率。

然而，磁悬浮轴承系统也存在振动问题，这不仅会影响系统的性能和稳定性，还可能引发设备的故障和损坏。

因此，对磁悬浮轴承系统的振动特性进行分析与控制具有重要意义。

一、磁悬浮轴承系统振动的成因1.1 系统结构磁悬浮轴承系统由磁悬浮轴承、转子、传感器和控制器组成，其中磁悬浮轴承是实现悬浮和定位的关键元件。

磁悬浮轴承系统的结构复杂，由于各个部件之间的耦合作用和不同频率的振动相互干扰，容易引起系统的振动。

1.2 不平衡转子的不平衡是磁悬浮轴承系统振动的一个主要原因。

由于加工和装配的误差以及使用过程中的磨损，转子可能存在质量分布不均匀的情况，从而导致系统的振动。

1.3 控制策略磁悬浮轴承系统的控制策略对系统的振动特性有很大影响。

不同的控制策略会产生不同的激励信号，从而引起系统的振动。

因此，合理选择控制策略并优化控制参数对减小系统振动具有重要意义。

二、磁悬浮轴承系统振动的分析方法2.1 频谱分析频谱分析是研究振动信号的常用方法，可以将信号分解成由不同频率组成的谱线，从而了解系统的振动特性。

通过对磁悬浮轴承系统振动信号进行频谱分析，可以确定系统中存在的主要频率成分，为后续的振动控制提供依据。

2.2 模态分析模态分析是分析系统振动模态的方法，可以通过计算系统的固有频率和振型来研究系统的振动特性。

对磁悬浮轴承系统进行模态分析，可以得到系统的固有频率和振型，从而了解系统的振动机理。

2.3 动力学模型建立磁悬浮轴承系统的动力学模型是理解系统振动特性和进行振动控制的关键。

根据系统的结构和工作原理，可以建立磁悬浮轴承系统的数学模型，从而通过仿真和分析得到系统的振动特性，并设计合理的控制策略。

三、磁悬浮轴承系统振动的控制方法3.1 主动控制方法主动控制方法是通过对磁场力进行调节，控制转子的位置和姿态，从而减小系统的振动。