空间磁悬浮转子不平衡振动补偿研究.pdf

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

摘要

磁悬浮轴承由于具有无摩擦、无机械接触、无需润滑等优点，近年来发展迅

速。转子的残余不平衡引起不平衡力及力矩，是引起旋转机械振动的主要原因之

一，由于电磁力可控，磁悬浮轴承可以实现主动振动抑制。本文研究了刚性磁悬

浮转子的不平衡振动补偿问题，主要完成以下工作：

首先，研究了不平衡转子的动力学建模问题。本文将转子静、动不平衡量视作

转子固有属性而非外在扰动，仅基于刚体假设，建立了完整的刚性不平衡转子动

力学模型。通过与传统动力学模型的对比，给出了相应的简化条件，证明所建动

力学模型的正确性与通用性。在此基础之上，推导了多体卫星准坐标方

程，给出了完整的卫星动力学模型。结合分散式控制，从理论及数学仿真两方

面分析了转子不平衡量对转子运动及卫星运动特性的影响。

然后，对基座固定的刚性磁悬浮转子不平衡补偿问题进行了研究。基于所建

立的刚性磁悬浮转子六自由度动力学模型，采用反步法设计了控制器，并采用自

适应控制处理静、动不平衡量不确定性，在不平衡量未知的情况下，实现了转子不

平衡振动补偿。采用数学仿真验证了该控制器在常转速、匀加速、正弦转动等转

速模式下均能有效实现转子不平衡振动补偿。

最后，研究了卫星平台对地定向情况下的转子不平衡补偿问题。考虑卫星平

台运动、未知不平衡量、外部干扰力及力矩等条件，基于有限时间控制理论，设计

了有限时间收敛的转子不平衡补偿控制器。数学仿真表明该控制器可以实现磁悬

浮转子状态的快速收敛，并且在外界干扰、卫星平台运动等条件下，实现转子不平

衡振动补偿。

关键词：磁悬浮轴承；转子动力学建模；不平衡补偿；自适应控制；有限时间稳定

性

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