混合阻尼系统及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及机械设备技术领域，特别是涉及到转子系统的振动抑制技术领域。
【背景技术】
[0002] 阻尼器是安装在结构系统上，可为结构提供运动阻力，消减运动能量的装置。在不 同的工作位置及工作环境中，阻尼器的结构和原理有区别。目前获得应用的阻尼器包括： 弹簧阻尼器、液压阻尼器、脉冲阻尼器、旋转阻尼器、风阻尼器、粘滞阻尼器以及电磁阻尼器 等。
[0003] 对高速转子系统，尤其是竖直安装的轻载高速转子系统，挤压油膜阻尼器能够较 好的降低转子通过临界转速时的振动幅度，是一项关键技术，所谓挤压油膜阻尼器是指由 阻尼体的运动和径向运动所产生的油膜的挤压和剪切作用而有效抑制振动的阻尼器。
[0004] 在高速转子系统中，由于阻尼器的存在，转子系统的振动能量得到衰减，运行经过 临界转速时共振振幅下降，系统能够提供运行的稳定性。根据转子转速的大小是否达到弯 曲临界转速，高速转子又分为超临界、亚临界转子。对亚临界转子，当阻尼器的阻尼系数为 一特定值时转子振动的能量耗散最大，这一特定值称为最佳阻尼。最佳阻尼与转子和阻尼 器的连接刚度、阻尼器刚度、阻尼器约束频率及转子约束频率等因素有关。而根据高速转子 设计中的频率匹配原则，当阻尼器的约束频率越靠近系统的某一阶模态的频率时，对应该 模态的等效阻尼系数最佳值越大。所以理想情况下，对亚临界转子，阻尼器最佳参数应当满 足阻尼等于最佳阻尼，并且约束频率等于转子的约束频率。对于超临界转子，由于其模态频 率多，阻尼器需兼顾转速范围内的各个模态，才能使转子稳定运行。而对于每一种模态，理 论上阻尼器仍然存在一个最佳阻尼。
[0005] 油膜阻尼器具有简单易用的特点，但其阻尼参数调整与优化均存在困难，并且无 法在线进行。尤其在转子超临界运行时，油膜阻尼器难以满足同时抑制不同模态振动的需 求。
【发明内容】
[0006] 鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种混合阻尼系统及其 控制方法，在传统油膜阻尼器基础上，增加电磁主动控制机构，可以有效提升阻尼器的性 能。
[0007] 为了实现此目的，本发明采取的技术方案为如下。
[0008] 一种混合阻尼系统，包括一端连接至转子的弹性杆、位移传感器、阻尼体、电磁铁、 油杯和控制装置，其中阻尼体为铁磁性阻尼体，且有，
[0009] 弹性杆另一端连接至阻尼体；
[0010] 阻尼体浸泡在注有阻尼油的油杯中；
[0011] 位移传感器位于阻尼体和/或转子附近，用于测量阻尼体和/或转子的位移量，将 位移量传输给控制装置；
[0012] 控制装置根据位移量，控制电磁铁的电流；
[0013] 电磁铁对阻尼体施加电磁力。
[0014] 其中所述混合阻尼系统还包括转速传感器，所述转速传感器用于测量转子的转 速，将转速传输给控制装置，控制装置根据位移量和转速，控制电磁铁的电流。
[0015] 所述电磁铁为八磁极四对极形式，每个对极由一个N级与一个S级组成，且每个对 极共同产生一个方向的电磁力。
[0016] 另外所述油杯为环氧树脂制成。
[0017] 特别地，所述控制装置为电磁铁输入静态电流，测量阻尼体的负刚度，并根据负刚 度确定控制装置的比例增益；
[0018] 控制装置根据不同转速范围下的位移量，确定控制装置的微分增益；
[0019] 控制装置利用控制装置的比例增益和微分增益，以及位移传感器和转速传感器测 量的位移量和转速，控制电磁铁的电流，以对阻尼体施加电磁力。
[0020] 一种混合阻尼系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
[0021] A、确定电磁铁输入静态电流的情况下阻尼体的负刚度；
[0022] B、根据阻尼体的负刚度，确定控制装置的比例增益；
[0023] C、根据转子不同转速范围下，转子振动位移量确定控制装置的微分增益；
[0024] D、利用控制装置的比例增益和微分增益，以及位移量和转速，控制电磁铁的电流， 以对阻尼体施加电磁力。
[0025] 通过采用本发明的混合阻尼系统及其控制方法，能够获得以下有益技术效果。
[0026] 1、区别于传统的油膜阻尼器，本发明所保护的混合阻尼系统具有一个特殊的油 杯，该油杯集成有电磁铁及阻尼体，阻尼体由铁磁材料制成，控制装置通过实时测量阻尼体 及转子关键位置处的位移振动，输出实时反馈电流，驱动电磁铁生成实时控制电磁力，能在 油膜阻尼力的基础上为转子提供附加的电磁阻尼力，明显提升阻尼器的阻尼效果，提高对 转子系统振动的抑制能力。
[0027] 2、本发明所保护的混合阻尼系统及其控制方法及控制装置引入对转子转速的测 量，控制装置能依据转速变化调整控制参数，匹配不同转速段中转子系统的不同振动特征， 更好地抑制了转子系统的振动。
【附图说明】
[0028] 图1为本发明【具体实施方式】中混合阻尼系统的组成结构示意图。
[0029] 图2为本发明【具体实施方式】中油杯与转子的连接关系示意图。
[0030] 图3为本发明【具体实施方式】中油杯的结构示意图。
[0031] 图4为本发明【具体实施方式】中电磁铁的结构示意图。
[0032] 图5为本发明【具体实施方式】中混合阻尼系统中控制装置的工作原理示意图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图，对本发明作详细说明。
[0034] 以下公开详细的示范实施例。然而，此处公开的具体结构和功能细节仅仅是出于 描述示范实施例的目的。
[0035] 然而，应该理解，本发明不局限于公开的具体示范实施例，而是覆盖落入本公开范 围内的所有修改、等同物和替换物。在对全部附图的描述中，相同的附图标记表示相同的元 件。
[0036] 同时应该理解，如在此所用的术语"和/或"包括一个或多个相关的列出项的任意 和所有组合。另外应该理解，当部件或单元被称为"连接"或"耦接"到另一部件或单元时， 它可以直接连接或耦接到其他部件或单元，或者也可以存在中间部件或单元。此外，用来描 述部件或单元之间关系的其他词语应该按照相同的方式理解（例如，"之间"对"直接之间"、 "相邻"对"直接相邻"等）。
[0037] 如图1所示，本发明的混合阻尼系统包括一端连接至转子的弹性杆、位移传感器、 阻尼体、电磁铁、油杯和控制装置，其中阻尼体为铁磁性阻尼体，且有，
[0038] 弹性杆另一端连接至阻尼体；
[0039] 阻尼体浸泡在注有阻尼油的油杯中；
[0040] 位移传感器位于阻尼体和/或转子附近，用于测量阻尼体和/或转子的位移量，将 位移量传输给控制装置；
[0041] 控制装置根据位移量，控制电磁铁的电流；
[0042] 电磁铁对阻尼体施加电磁力。
[0043] 因此，区别于传统的油膜阻尼器，本发明所保护的混合阻尼系统具有一个特殊的 油杯，其工作原理为：如图2所示，转子通过弹性杆与阻尼体连接，将转子的振动传递给阻 尼体；阻尼体浸泡在阻尼油中，阻尼体与油杯之间会形成油膜，阻尼体振动时挤压油膜，振 动获得衰减；阻尼体的位移、转子的位移、转子转速通过相应传感器测量，并同时接入控制 装置中；控制装置中的控制单元根据转速范围选择预先设计好的控制参数，控制单元根据 位移振动数据生成控制输出，该输出被控制箱进一步转换为控制电流，用于驱动阻尼油杯 侧壁中封装的电磁铁，生成电磁力，与阻尼油的阻尼力叠加共同抑制阻尼体及转子的振动。
[0044] 为了保证更好的效果，可以利用非磁性材料封装电磁铁作为油杯，例如如图3所 示，油杯采用环氧树脂封装电磁铁制成，这样能够保证电磁铁的产生的磁场不被干扰。
[0045] 在一个【具体实施方式】中，如图4所示，所述电磁铁为八磁极四对极形式，每个对极 由一个N级与一个S级组成，且每个对极共同产生一个方向的电磁力。例如图中的比如队 与Si磁极就构成x正方向的一对极，在电流通过时，为阻尼器提供x正方向的电磁力；类似 的，队与S2提供y正方向的力，1与S3提供x负方向的力，^与S4提供y负方向的力。本 领域内技术人员应知道，所述电磁铁还可以是其他形式，例如具有不同数量的极数，不会影 响到本发明的实施。
[0046] 在另一个【具体实施方式】