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柔性转子—轴承系统振动模态分析及控制

作　者: 王宁
导　师: 梁智权
学　校: 四川理工学院
专　业: 机械设计理论
关键词: 转子—轴承系统 振动模态分析 ANSYS动力学分析 鲁棒控制 MATLAB数值仿真
分类号: TH113
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 508次
引　用: 3次
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内容摘要


高转速、轻结构是近代高速旋转机械的设计趋势,它提高了旋转机械的性能,但也引发出许多严重的失稳现象。对于这些问题的分析和解决,在当今计算机技术快速发展的时代,对于工程人员来说应用计算机来解决问题显得尤为重要。由于基于有限元理论的转子动力学分析软件的不断出现,计算方法也日趋成熟,利用计算机仿真分析,可以很好的模拟转子—轴承系统的非线性特性。利用各种计算机软件进行转子系统的动力学建模、仿真与控制是一种快速分析和解决转子—轴承系统动力学问题的有效途径。本文从转子—轴承系统的实际工作情况出发,对考虑基础影响的转子系统建模进行了研究。针对本文给定的转子系统力学模型,应用文中采用的方法,建立了模型的动力学方程。对于转子系统的分析计算,本文选择ANSYS有限元分析软件对三盘转子模型系统建模,并对其进行动力学分析,计算结果比较好的反映了转子系统的动力学特性。计算结果以图表形式给出,其中大量的云图十分形象真实的表现了转子的模态和在受力情况下的转子响应情况。本文讨论了用可控挤压油膜阻尼器轴承主动施加控制力的方案,利用MATLAB软件采用Riccati传递矩阵法编制了计算转子系统不平衡响应的程序,绘制了转子的临界转速和非临界转速的响应和质心运动轨迹。对于参数不确定的转子系统的振动主动控制,要求能够实现在线补偿系统的不确定特性和提供各种激励力,使控制器对系统参数或激励力的扰动具有良好的鲁棒性,以期控制振动的同时,能够进一步完善系统的稳定性。进行鲁棒控制的研究是转子振动主动控制研究的发展方向。对具有大量不确定性因素的转子系统,应用鲁棒控制理论对转子振动控制进行了理论分析和研究。本文针对单盘转子模型,设计了鲁棒H∞次优控制器,并利用MATLAB的Simulink工具箱对该控制系统进行仿真,对转子振动控制的仿真结果比较理想。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 转子动力学的研究背景  12-13
  1.2 转子动力学的研究内容  13
  1.3 国内外研究进展、现状和发展趋势  13-17
  1.4 本文研究内容  17-18
第二章 转子系统模型  18-41
  2.1 转子系统力学模型的建立  18-37
    2.1.1 转子质量的离散化  18-20
    2.1.2 轴承力学模型的建立  20-26
    2.1.3 转子系统动力学方程的建立  26-37
  2.2 转子轴承  37-41
    2.2.1 转子轴承基础力学模型  37-41
第三章 应用ANSYS 的转子系统动力学分析  41-71
  3.1 转子动力学分析  41-43
  3.2 ANSYS 软件的介绍  43-44
  3.3 利用ANSYS 进行转子的动力学分析  44-71
    3.3.1 转子系统几何模型的建立  44-51
    3.3.2 ANSYS 的转子动力学分析  51-52
    3.3.3 动力学分析算例  52-71
第四章 转子系统的振动主动控制  71-107
  4.1 振动控制  71-76
    4.1.1 振动控制任务与实现途径  71-72
    4.1.2 振动控制分类  72-73
    4.1.3 振动主动控制  73-74
    4.1.4 转子系统振动主动控制  74-76
  4.2 转子系统鲁棒H~∞控制  76-107
    4.2.1 鲁棒控制的基本思想  76-77
    4.2.2 H~∞控制理论  77-78
    4.2.3 参数不确定转子系统的H~∞控制器的设计  78-82
    4.2.4 转子系统的不平衡响应计算  82-92
    4.2.5 可控挤压油膜阻尼器轴承  92-95
    4.2.6 利用MATLAB 软件的鲁棒控制器设计  95-97
    4.2.7 算例  97-107
结论  107-109
参考文献  109-112
攻读学位期间发表的学术论文及研究成果  112-113
致谢  113-114
附录1 MATRIX27 单元应用举例ANSYS 命令流  114-116
附录2 PIPE16 单元应用举例ANSYS 命令流  116-118
附录3 MATLAB 传递矩阵法计算光轴临界转速  118-120
附录4 三盘转子模态分析ANSYS 命令流  120-124
附录5 谐响应分析ANSYS 命令流  124-125
附录6 不平衡响应分析ANSYS 命令流  125-126
附录7 不平衡响应 MATLAB 程序  126-128
附录8 MATLAB 转子质心运动轨迹  128-130
附录9 控制器参数设计 MATLAB 计算过程  130-132

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械学（机械设计基础理论） > 机械动力学
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