基于CFD磁悬浮离心血泵多相流流场仿真研究

磁悬浮离心式血泵具有较好的血液流动性与血液相容性,由于其转速低、轴向尺寸小被应用于心室辅助装置。然而,血液本身是一个非常复杂的非牛顿流体,把血液看成单相流体不利于弄清红细胞在离心血泵内的分布规律,同时也没有考虑红细胞对流场的影响。为了弄清血泵流场的分布规律,且又不过多增加数值仿真的计算量,通过将血浆定义为液相、红细胞定义为固相,采用混合物模型(Mixture),基于计算流体力学进行模拟仿真,探讨磁悬浮离心式血泵多相流流场分布规律。研究结果表明,在工作转速(n=3600r/min),进口流量为6L/min的工况下,磁悬浮离心血泵可以满足人体生理需求,具有较好的机械效率,该研究为弄清血泵多相流流场提供了数值仿真支撑。

高功率密度磁悬浮高速电机支承设计及其磁场仿真

高功率密度电机具有体积小、转速高等特点,被广泛运用于涡轮发动机、飞轮储能等领域。为追求更小的体积和更高效的功率输出,将具有高转速、高效率优点的磁悬浮轴承作为电机的支承系统,可有效地提高电机的转速和功率密度,提升其工作性能。针对高功率密度磁悬浮高速电机,设计电机的支承结构,并对其进行磁场仿真,最后对设计的可行性进行总结。

磁悬浮转子不平衡振动控制研究综述

在磁悬浮转子不平衡振动控制的相关研究基础上,阐述了磁悬浮转子不平衡振动的产生原因、控制原理以及处理方法,讨论了基于轴承电磁力最小和转子振动位移最小这2种控制策略的不平衡振动控制方法,并介绍了该技术在旋转机械中的典型应用案例,最后展望了磁悬浮转子不平衡振动控制研究的未来方向。

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^(-5)m数量级减小到10^(-6)m数量级,由陀螺效应引起的两径向方向间的耦合由10^(-6)m数量级减小到10-19 m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^(-9)m减小到6.38×10^(-12)m,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.

真空管道磁悬浮列车混合悬浮支承设计与研究

为了克服列车高速行驶时空气阻力大的缺点,真空管道磁悬浮列车这一概念被提出。作为一种新型超高速地面交通工具,真空管道磁悬浮列车具有广阔的发展和应用前景。对真空管道磁悬浮列车的悬浮支承系统进行研究,针对单一悬浮支承方式的不足,设计了一种永磁电动与电磁混合悬浮支承结构。使用Ansoft Maxwell软件对混合悬浮支承结构进行仿真计算,分析结果表明,该混合悬浮支承能够有效降低起浮速度,减小磁阻力,增大浮阻比,降低系统能耗,更加适用于真空管道磁悬浮列车。

基于多处理器的磁悬浮轴承控驱一体系统架构

磁悬浮轴承因其优异性能是高性能转子系统的理想支承。常规磁悬浮控制系统采用控制器与电流驱动器分别实现位置环和电流环的控制,通过模拟信号传输来实现控制信息的交互,易受干扰且成本较高。提出一种应用于磁悬浮轴承的控驱一体架构,采用双DSP的并行处理方案,实现针对5自由度磁悬浮转子的控制;采用双端口SRAM替换常规DA-AD的方案用于位置环和电流环之间的信息交互;根据双口SRAM的控制时序设计了相应的软件控制流程。试验表明,所提出的多处理器磁悬浮控制系统架构,能有效实现电流环和位置环的双环控制,实现转子系统的稳定悬浮,该架构的有效性得到了证明。

颗粒阻尼器对浮筏隔振系统减振性能影响研究

本文以舰船浮筏隔振系统为研究对象,将颗粒阻尼器应用于筏架上,研究其减振性能。采用离散单元法,通过仿真研究颗粒材料、阻尼器填充率、颗粒直径和阻尼器分层数等参数对颗粒阻尼耗能的影响规律,并通过有限元法分析在颗粒阻尼器作用下,隔振系统的减振效果。研究表明,3种颗粒材料中,铅颗粒减振效果最好,达到66%;阻尼器填充率并非越大越好,而是存在最优值,填充率为85%时耗能最大,减振效果可达到68%;同等条件下,减小颗粒直径可提高减振效果,同时通过阻尼器分层可大幅提高耗能值,提升减振效果。

环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的电磁吸波性能

为了制备具有一定电磁吸波性能的结构型吸波材料,采用喷涂法制备了负载石墨烯微粒的玻璃纤维预浸料,并通过热压罐成型工艺进行固化,制备了环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料。研究了石墨烯含量对吸波复合材料电磁性能、吸波性能和力学性能的影响。通过三点弯曲测试结果可知,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的弯曲强度先增大后减小,弯曲弹性模量增大,但总体变化幅度较小。矢量网络分析仪测试结果表明,随着石墨烯含量的增加,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料的介电常数逐渐增大,磁导率几乎不变,介电损耗正切角值逐渐增大。分析反射损耗计算结果可知,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯吸波复合材料的吸波性能主要由复合材料的厚度和石墨烯含量决定,随着复合材料厚度的增大,反射损耗峰值逐渐朝低频移动;随着石墨烯含量的增加,复合材料的吸波性能逐渐增大。当石墨烯质量分数为2.5%、复合材料厚度为1.7mm时,环氧树脂/玻璃纤维/石墨烯复合材料具有最佳的吸波效果,此时反射损耗峰值为-11.8dB,有效带宽为1.45GHz。

轴向磁力轴承结构综述

按照悬浮力的产生方式将轴向磁力轴承分为主动型、被动型和混合型,主动型的优点是能够产生可控电磁力,被动型的优点是结构简单,混合型兼顾了主动型和被动型的特点。在研究同心单环结构的基础上,分析了具备冗余性的同心多环冗余结构及叠片式冗余结构,从电磁力角度看,整体式同心双环结构优于同心三环结构,叠片式六环结构优于叠片式四环结构和叠片式八环结构。最后,对轴向磁力轴承在结构、控制及工业应用方面的发展前景进行了展望,轴向磁力轴承的结构应当朝着更具备冗余性和重构能力的方向优化。

一种基于NARX神经网络的振动主动控制方法

针对主被动混合隔振系统中次级通道的非线性因素和时变特性,设计一种基于有源非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive With Exogenous Inputs Neural Network,NARX-NN)的次级通道系统辨识的方法,并成功应用于振动主动控制系统中。首先,使用NARX神经网络对次级通道进行辨识得到准确的次级通道模型;其次,采用FIR滤波器重构初级通道的输出,从而获得作动器的输出信号,基于重构得到数据对辨识的网络进行在线学习,可以避免由白噪声激励在系统中带来的随机振动对控制效果的影响;最后搭建仿真模型以及实验平台,仿真结果表明,该控制算法可以克服次级通道的时变性导致的次级通道失真问题;实验结果表明,该算法对15、20 Hz的线谱分别取得30.1、40.4 dB的能量衰减效果,能够有效地实现振动主动控制。

圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板减振特性分析

针对机械设备中的低频减振问题,提出一种圆柱空腔橡胶层局域共振声子晶体双层板结构,即在双层板间周期性排列具有圆柱空腔的橡胶层和实心散射体振子。首先结合弹性波理论和BLOCH定理,采用有限元方法计算带隙范围并分析弯曲波带隙形成的原理,其次通过单变量和组合变量的方式分析单元参数对带隙的影响规律并依此对单元参数进行调整,使其弯曲波带隙范围为48.52~206.21 Hz,最后通过振动传输特性仿真验证其对弯曲波振动的减振效果。研究表明,圆柱空腔橡胶层双层板式声子晶体可以产生200 Hz以下的弯曲波带隙,且可以通过调整单元参数来使其匹配目标减振频段。声子晶体板的振动传输特性分析和振动位移图验证了其对带隙范围内弯曲波传输的抑制作用,可为基于声子晶体减振的工程应用提供一定的参考。

磁轴承功率放大器研究综述

功率放大器是磁轴承系统的重要组成部分,其性能直接影响整个设备的运行性能和使用寿命。结合磁轴承功率放大器的相关研究,根据控制反馈量、工作原理、主功率拓扑对功率放大器进行了分类,探讨了功率放大器的效率、带宽及纹波3种主要性能指标,并介绍了功率放大器的脉宽调制控制、采样-保持控制、空间矢量调制控制、节点电位控制、单周期控制5种主要控制策略。结合现有研究成果提出了提高数字功放的响应速度,降低噪声,改善散热的措施,最后展望了在高电压下实现高频响、高精度工作是磁轴承功率放大器的未来研究方向。

变刚度支承下电磁轴承-转子系统振动特性研究

旋转机械在运转过程中会在同频或倍频的扰动下产生转子振动,而电磁轴承具有刚度、阻尼可调的优势,能为抑制转子振动提供一种研究思路。以电磁轴承-转子系统为研究对象,验证了PID控制参数与等效刚度之间的关系,并分析控制参数对等效刚度的影响;将电磁轴承支承下刚性转子、柔性转子模型结合有限元分析软件进行对比分析,研究等效刚度对转子系统模态的影响;研究了电磁轴承支承下的振动传递特性,基于电磁轴承-柔性转子模型计算了力传递率,利用有限元软件通过谐响应分析计算了加速度响应,分析结果表明可以通过调节电磁轴承刚度,改变固有频率以减小振动。

基于电流动态特性的EGR阀故障诊断方法及系统

EGR(Exhaust Gas Re-circulation,EGR)阀作为汽车废弃循环系统的关键部件,具备控制精度高、响应速度快以及出色的稳定性等优点。但因其恶劣的工作环境,长期的工作会导致其极易发生故障,这对其可靠性的设计要求提出了很高的要求。本文针对有限转角力矩电机式的EGR阀工作原理,建立对应的数学模型,并在Matlab/Simulink上搭建相应的仿真平台,通过对其电流特征进行分析,验证模型可靠性。基于仿真结果,设计了一套以STM32微处理器为核心的控制系统,驱动EGR阀的正常运转并进行位移与电流信息采集。根据采样的EGR阀的电流信号特征,将实验数据与理论数据的对比,提出了可靠的特征参数,验证了该诊断方法的可靠性与系统设计的准确性。

基于高功率密度磁悬浮高速电机的全参数自适应控制

高功率密度磁悬浮高速电机运行过程中会受到外来扰动,影响磁悬浮轴承稳定悬浮,且磁悬浮轴承系统模型本身也具有一定的不确定性。因此,寻求一种能够解决外来扰动和系统模型不确定性的控制算法具有实际意义。全参数自适应控制(All Coefficient Adaptive Control,ACAC)是一种智能控制方法,它的设计不依赖于事先设定的被控对象的数学模型,而是识别被控对象的特征模型,能够很好的应对外来扰动和模型不确定性问题。文中分析了传统PID控制理论与自适应控制的优缺点,研究了ACAC对于高功率密度磁悬浮高速电机受外来扰动的控制作用,实现了磁悬浮轴承的稳定悬浮。

永磁轴承结构综述

与传统轴承相比,永磁轴承具有无摩擦磨损、高转速等优点,其低损耗和无环境污染等特点也十分契合“低碳环保”的时代主题,因此在一些高速和精度较高的场合下得到广泛应用。首先,根据支承方式,对径向、轴向以及堆叠结构永磁轴承的结构形式进行了介绍,通过永磁环产生的吸力或斥力分析了各类永磁轴承的工作原理;其次,介绍了磁路法、有限元法等永磁轴承磁力计算方法并详细阐述了等效磁荷法的求解过程;然后,对永磁轴承实际应用中结构参数的选择进行了讨论并介绍了永磁轴承在储能飞轮、风力发电机、人工心脏泵以及其他机械领域的应用现状;最后,从实际应用、生产制造等方面对永磁轴承的发展进行展望。

混合磁悬浮隔振平台径向磁力模型研究

针对磁力数学模型精度在大气隙情况下往往不能满足工程要求的问题,设计了一种混合磁悬浮隔振平台,基于永磁部分磁力线分布规律,采用分割磁场法创建了气隙磁通等效磁路模型,得到了气隙磁能的解析表达式,利用虚功原理建立了悬浮磁柱径向磁力数学模型。结合ANSYS Maxwell有限元仿真软件分析在不同轴向气隙下该模型的适用情况,得出了在大气隙(20 mm≤z≤46 mm)条件下,该模型的计算误差在10%以内的结论。

径向联轴器不对中对磁悬浮转子悬浮精度的影响研究

针对径向联轴器不对中的问题,介绍了4自由度磁悬浮刚性转子动力学模型,在其基础上建立了含有转子-联轴器不对中力的数学模型。在该转子系统中阐明了转子-联轴器在正常工作时与径向不对中量为0.05 mm时的不平衡力,指出了转子悬浮稳定性与转速和联轴器偏心质量的关系。使用Simulink搭建了仿真模型,并设计完成相应的实验。结果表明转速和联轴器质量对于转子系统的悬浮精度和刚度的影响很大,在4000 r/min转速条件下,施加联轴器偏心质量后,转子位移幅值增加35μm;同样的联轴器,在4000 r/min时相比静态悬浮时位移幅值增加10μm。

基于双核处理器的主动磁悬浮轴承容错控制架构

为了满足针对多自由度磁悬浮支承系统的故障诊断与实时控制需求,提出一种基于异构的双核处理器ARM+DSP架构。硬件配置上以数字信号处理器(digital signal processing,DSP)作为从处理器执行多个环路的故障监测;而高级精简指令集处理器(advanced RISC Machines,ARM)作为主控制器执行转子位置控制算法,并根据从控制器的故障重构控制器而实现容错;软件结构上提出基于双核处理器的信息交互、任务分配与执行的设计方法,设计了双向中断来协调控制与监控代码间的执行时序。试验得到系统故障诊断与实时容错控制仅需1.8 ms,能够满足系统需求。试验结果证明了本研究所提出架构的有效性。

过盈配合对磁悬浮转子动力学特性的影响

针对传统磁悬浮转子动力学模型简单、模态分析误差较大的问题,提出考虑转子间接触效应的建模方法。采用接触有限元法建立磁悬浮转子过盈配合的有限元模型,通过理论计算和静力仿真分析相结合的方式,优化接触刚度因子(normal stiffness factor,FKN)和修正摩擦系数,得到过盈量与摩擦系数间的对应关系,为同类转子的模态精确分析提供参考。针对磁悬浮转子是否考虑接触效应进行对比分析,结果表明考虑接触效应能够有效提高模型的精度,求解更准确。