基于lmstest.lab的电磁作动器振动测试与分析

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1、基于LMSTest.Lab的电磁作动器振动测试与分析-机电论文基于LMSTest.Lab的电磁作动器振动测试与分析张振楼京俊刘锦春代振（海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033）摘要：作动器的动态特性对振动主动控制起着关键的影响作用。针对电磁作动器的频响特性进行研究，建立了典型线圈电磁作动器的力学模型，并通过LMSTest.Lab测试系统对两款性能不同的电磁作动器进行了频响测试和研究。关键词：电磁作动器；主动控制；LMSTest.Lab；频响特性基金项目：国家自然科学基金，项目编号：NO.511791970引言作动器也称作作动机构、执行器，它是振动主动控制系统的重要组成部分，是实

2、施振动主动控制的关键部件［12］。作动器的作用是按照确定的控制规律对受控对象施加控制力。电磁作动器因其结构简单、反应时间短、适应频带宽、输出位移、力大等特点［3］，在工程实际中得到了广泛应用。本文从电磁作动器的力学模型出发，借助LMSTest.Lab测试软件对电磁作动器的频响特性进行了研究。1电磁作动器的结构原理及力学模型1.1电磁作动器的结构原理如图1所示，电磁作动器主要由永久磁铁、电磁线圈、弹簧片、螺杆等组成［4］。当电磁作动器通入交变电流时，电磁线圈产生磁场，打破了原有的磁场平衡，便对线圈产生了和电流成正比的安培力。此安培力和电流的关系为：式中，k=2πRNμH，为一个常数。1

3、.2电磁作动器的力学模型电磁作动器的力学模型如图2所示。该模型中，作动器被分为4个不同的等效质量体：移动质量MC，支撑体质量MT，作动器其余部分质量MB和载荷质量ML。它们之间连接被简化为弹簧阻尼系统，其中KC和CC代表线圈刚度和阻尼，KS和CS代表支撑体的刚度和阻尼，KB和CB代表作动器的刚度和阻尼。MC和MB之间作用有安培力F，XT、XC、XB分别代表支撑体、线圈和作动器底座的位移。由牛顿第二定律，各等效质量的运动方程如下：（1）等效质量MC的运动微分方程为：2电磁作动器的动态特性试验2.1测试系统及设备如图3所示，本次测试过程中所涉及的主要设备，包括拟测试的两款电磁作动器［5］、

4、试验平台以及测试用计算机、动态分析仪、功率放大器、加速度传感器等，系统部件及其特性如表1所示。2.2数据采集与分析测试系统的数据采集和分析部分选用LMSTest.lab系统中的SignatureTesting［6］模块。测试时，信号产生白噪声激励信号，通过功率放大器推动作动器，使质量块振动。动态分析仪根据信号源的激励信号和信号放大器输出的加速度信号计算频响函数，得到频率响应曲线，如图4～9所示。由图4～9可以看出，作动器1的第一阶共振频率约为60Hz，第二阶共振频率约为1750Hz，在两者之间无明显的共振峰；作动器2的第一阶共振频率约为280Hz，第二阶共振频率约为2019Hz，两者之

5、间存在一些小的共振峰。通过对比不难发现，作动器1可以在较低的频段工作，且工作区间60～1750Hz内无明显共振峰，动态性能良好且整体性能较优于作动器2。3结语本文结合电磁作动器的力学模型，分析研究了模型参数对电磁作动器频响特性的影响，并借助LMSTest.lab测试系统对两款电磁作动器进行了动态频响性能测试，得到其频响特性曲线，并通过分析比较了两款作动器的性能优劣。［参考文献］［1］孙红灵.振动主动控制若干问题的研究［D］.合肥：中国科学技术大学，2007.［2］姜荣俊，何琳.有源振动噪声控制技术在潜艇中的应用研究［J］.噪声与振动控制，2005（2）：16.［3］侯军芳，白鸿柏，陶

6、帅，等.电磁作动器在主动隔振系统中的频响及耦合特性［J］.振动与冲击，2008，27（11）：177181.［4］肖然，樊文欣，郭常立，等.发动机振动主动控制中电磁作动器的设计和性能研究［J］.机电产品开发与创新，2009，22（1）：114115.［5］刘军，何铁平，罗石.新型高效电磁作动器的研制及特性分析［J］.中国机械工程，2006，17（18）：18921894，1912.［6］LMSTest.lab.SpectralAcquisitionUserManual［Z］.Xian：LMSInternational2004.收稿日期：20150911作者简介：张振（199

7、0—），男，山东泰安人，硕士研究生，研究方向：振动与噪声控制。