一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法，包括：根据要进行动平衡的转子结构，确定要识别的不平衡力个数；在瞬态响应分析模型上加不平衡力，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点，并通过实验测量得到对应的动态响应；利用转子系统结构以及假定的单位脉冲力，通过仿真的方法计算载荷作用点到响应测点的核函数响应，建立核函数矩阵并进行修正；基于上述得到的动态响应以及修改后的核函数矩阵，通过求解正则化泛函中最小残差的模得到不平衡力，进而获得不平衡量的幅值和相位，并据此对转子系统结构进行动平衡处理；本发明仅需一次实验和几个测点就能快速获取转子的不平衡度，不仅能准确有效地获取一些传统方法难以确定的动载荷，而且大大减少了物理实验的次数和成本。
【专利说明】一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及动平衡【技术领域】，尤其涉及一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法。
【背景技术】
[0002]目前，转子动平衡时，常用的方法往往需要通过多次试车才能确定校正质量，费时又费力，这对大型转子尤为突出。在转子系统中，不平衡度按照一定的标准分成不同的等级，并给出具体的动载荷表达形式，但由于结构本身的动力特性是设计变量或控制参数的非线性函数，存在对动载荷的敏感性。因此，规范或标准中的设定载荷模式与结构所受的实际的动态载荷有偏差时，进行结构的动力学分析和优化设计就可能与实际情况存在较大的偏差。在未能给出不平衡度的确切值时，转子的动力学优化设计和健康监测与故障诊断等问题的研究带有一定的盲目性。因此，不平衡度的准确获取能为这些问题的研究提供确切的环境条件，对转子结构的安全性和可靠性设计具有重要的实际意义。
[0003]受技术和经济条件等条件的限制，不平衡度很难直接测量。而转子动力学响应(包括转子的位移、速度和加速度等)的测量相对容易和准确些，所以利用测量的响应对不平衡度动态载荷进行反求重构的研究是非常必要的。
【发明内容】
[0004]鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法，用以解决现有转子动平衡时需要经过多次试车才能确定校正质量的问题。
[0005]本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供了一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法，包括:
[0007]根据要进行动平衡的转子结构，确定要识别的不平衡力个数；
[0008]在瞬态响应分析模型上加不平衡力，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点，并通过实验测量得到对应的动态响应；
[0009]利用转子系统结构以及假定的单位脉冲力，通过仿真的方法计算核函数矩阵并进行修正；
[0010]基于上述得到的动态响应以及修改后的核函数矩阵，通过求解正则化泛函中最小残差的模得到不平衡力，进而获得不平衡量的幅值和相位，并据此对转子系统结构进行动平衡处理。
[0011]进一步地，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点的过程具体包括:
[0012]用传递矩阵法或有限元仿真软件采用的有限元方法建立转子的瞬态响应分析模型，加不平衡力进行瞬态响应分析，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点，且响应测点的个数不能少于不平衡力的个数。
[0013]进一步地，通过实验测量得到对应的动态响应的过程具体包括:
[0014]根据得到的响应测点，对要进行动平衡的转子布置测试响应的传感器；
[0015]通过转子瞬态响应实验测量上述响应测点处的动态响应/。
[0016]进一步地，利用转子系统结构以及假定的单位脉冲力，通过仿真的方法计算核函数矩阵的过程具体包括:
[0017]采用有限元仿真软件在要识别不平衡力所作用点施加单位脉冲力，求解转子系统结构在单位脉冲力作用下，前面布置的响应测点的响应，并建立核函数矩阵。
[0018]其中，单载荷作用下建立的核函数矩阵表示为:
[0019]Yknow = G^Pknow
[0020]其中，Pknow表示单位脉冲力，Yknmt表示仿真方法中的已知载荷作用下的动态响应，G表示单载荷作用下所建立的核函数矩阵；
[0021]多源载荷作用下的核函数矩阵形式表示为:
[0022]
【权利要求】
1.一种基于计算反求技术的转子不平衡度识别方法，其特征在于，包括: 根据要进行动平衡的转子结构，确定要识别的不平衡力个数； 在瞬态响应分析模型上加不平衡力，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点，并通过实验测量得到对应的动态响应； 利用转子系统结构以及假定的单位脉冲力，通过仿真的方法计算核函数矩阵并进行修正； 基于上述得到的动态响应以及修改后的核函数矩阵，通过求解正则化泛函中最小残差的模得到不平衡力，进而获得不平衡量的幅值和相位，并据此对转子系统结构进行动平衡处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点的过程具体包括: 用传递矩阵法或有限元仿真软件采用的有限元方法建立转子的瞬态响应分析模型，加不平衡力进行瞬态响应分析，找到响应位移与所加力点有相关性的响应测点，且响应测点的个数不能少于不平衡力的个数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过实验测量得到对应的动态响应的过程具体包括: 根据得到的响应测点，对要进行动平衡的转子布置测试响应的传感器； 通过转子瞬态响应实验测量上述响应测点处的动态响应ys。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，利用转子系统结构以及假定的单位脉冲力，通过仿真的方法计算核函数矩阵的过程具体包括: 采用有限元仿真软件在要识别不平衡力所作用点施加单位脉冲力，求解转子系统结构在单位脉冲力作用下，前面布置的响应测点的响应，并建立核函数矩阵。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于， 单载荷作用下建立的核函数矩阵表示为:
Y = r>j<p
丄 know厂 know 其中，Pknow表示单位脉冲力，Ykn0W表示仿真方法中的已知载荷作用下的动态响应，G表示单载荷作用下所建立的核函数矩阵； 多源载荷作用下的核函数矩阵形式表示为:
式中: Y表示在时间域内对应的响应，G表示核函数矩阵,P表示待识别的载荷，m表示载荷源点的个数，η表示响应测点的个数。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 采用经典的正则化方法选择TiKhonov或截断奇异值分解等正则化算子f ( α，σ )，利用广义交叉验证准则或L曲线方法确定合适的正则化参数α，将病态的核函数矩阵进行修正。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过求解正则化泛函中最小残差的模得到不平衡力的过程具体包括: 根据将载荷识别问题转化为求解解正则化泛函中最小残差的模，即min| GaPa' 5-y5 | I,其中，G°表示修正后的核函数矩阵，y5表示响应测点处的动态响应，P°’S表示待识别不平衡力； 并采用共轭梯度的LSQR方法进行迭代求解，从而获得待识别的不平衡力，其中最佳的迭代次数可通过L曲线法来确定。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，获得不平衡量的幅值和相位的过程具体包括: 根据识别的不平衡力与不平衡度的关系式，获得不平衡量的幅值A和相位P。 上述关系式可表示为:
其中，表示待识别不平衡力，A表示幅值，m表示不平衡质量,e表示偏心距，P表示相位，ω表示转子系统的角速度，t表示时间。
【文档编号】G01M1/14GK104075846SQ201410330448
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年7月11日 优先权日:2014年7月11日
【发明者】毛文贵, 刘桂萍, 刘杰 申请人:湖大海捷(湖南)工程技术研究有限公司, 湖南大学