一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磁懸浮控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]磁懸浮支承技術(shù)是一門涉及多種學(xué)科的綜合性技術(shù)，它可以通過傳感器檢測出轉(zhuǎn)子偏離參考點(diǎn)的位移，作為控制器的微處理器(PID控制)將檢測到的位移量變換成控制信號，然后功率放大器將這一控制信號放大，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象維持其懸浮位置不變。由于磁懸浮支撐的無機(jī)械接觸、消除磨損、無需潤滑密封、支撐動態(tài)特性好等優(yōu)點(diǎn)，使該技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。
[0003]因很多機(jī)器都帶有柔性附件，它們基本上都可簡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，如果不采取措施對其振動進(jìn)行抑制，一旦受到外界干擾，將會對機(jī)器的工作性能產(chǎn)生重大影響。
[0004]又磁懸浮軸承簡稱磁軸承，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、能耗低、無機(jī)械磨損、噪聲小、無潤滑介質(zhì)、壽命長、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。
[0005]磁懸浮懸臂薄板及磁懸浮軸承-轉(zhuǎn)子控制系統(tǒng)是通過電磁作動器實現(xiàn)對被懸浮物體的支承及振動主動控制作用，磁懸浮支承的動剛度對被懸浮物體的的動態(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))對磁懸浮支承動態(tài)剛度的影響是純理論計算的，與真實磁懸浮支承動態(tài)剛度有較大的誤差，所以如何精確測量磁懸浮支承的動剛度研宄意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對【背景技術(shù)】中所涉及的缺陷，提供一種磁懸浮支承動剛度精確測試方法，能夠求得在穩(wěn)定懸浮控制下磁場支承剛度表達(dá)式，為研宄磁懸浮支承系統(tǒng)的動態(tài)特性提供有用的研宄方法和必要的試驗數(shù)據(jù)。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法，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；
步驟2)，在力錘上設(shè)置力傳感器以采集力激勵信號；
步驟3)，在被懸浮物體自由的狀態(tài)下，通過力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵信號和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號，經(jīng)過信號處理后得到被懸浮物體自由的狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)；
步驟4)，在被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下，通過力錘敲擊被懸浮物體，采集力錘上的力激勵信號和被懸浮物體上的加速度響應(yīng)信號，經(jīng)過信號處理后得到被懸浮物體穩(wěn)定懸浮狀態(tài)下頻域內(nèi)的試驗數(shù)據(jù)；
步驟5)，根據(jù)步驟3)中得到的試驗數(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算數(shù)據(jù)與步驟4)中得到的試驗數(shù)據(jù)之間差值的絕對值小于等于預(yù)設(shè)的閾值，此時，彈簧-阻尼單元的剛度表達(dá)式即為磁懸浮支承動態(tài)剛度。
[0008]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(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為計算的頻率，pl，p2，..., ρη為待確定的系數(shù)。
[0009]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)和步驟4)中通過力錘敲擊被懸浮物體時以力錘為參考點(diǎn)，加速度傳感器為移動點(diǎn)。
[0010]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，步驟3)和步驟4)中通過力錘敲擊被懸浮物體時以加速度傳感器為參考點(diǎn)，力錘為移動點(diǎn)。
[0011]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述的試驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)均為模態(tài)頻率。
[0012]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述的試驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)均為模態(tài)振型。
[0013]作為本發(fā)明一種磁懸浮支承動態(tài)剛度精確測試方法進(jìn)一步的優(yōu)化方案，所述試驗數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)均為頻率響應(yīng)函數(shù)。
[0014]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:
1.通過振動試驗測試和軟件計算相結(jié)合的方法來精確測出磁懸浮支承的動剛度，其操作便捷，結(jié)果精確；而其他現(xiàn)有技術(shù)無法準(zhǔn)確測試出磁懸浮支承的動剛度；
2.振動測試試驗如模態(tài)試驗等手段成熟，試驗數(shù)據(jù)可靠，為磁懸浮支承系統(tǒng)動力學(xué)研宄提供可靠數(shù)據(jù)，對工程應(yīng)用提供可靠的依據(jù)；
3.軟件計算采用成熟的商業(yè)有限元軟件和MatLab工程計算軟件，操作方便，計算結(jié)果可靠。
[0015]上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實施，以下以本發(fā)明的較佳實例并配合附圖詳細(xì)說明如后。本發(fā)明的【具體實施方式】由以下實施例及其附圖詳細(xì)給出。
【附圖說明】
[0016]此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定，在附圖中:
圖1是磁懸浮支承系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及試驗示意圖；
圖2是彈簧-阻尼單元動剛度系數(shù)Pl和Ρ2的迭代收斂過程；
圖3是計算模態(tài)頻率與試驗?zāi)B(tài)頻率的誤差迭代收斂過程。
[0017]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-振動信號分析儀，6-PC電腦。
【具體實施