磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究与优化分析

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究与优化分析硕士研究生：冯佳佳指导教师：任正义教授学科、专业：机械工程论文主审人：滕万庆教授哈尔滨工程大学2018年3月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究及优化分析硕士研究生：冯佳佳指导教师：任正义教授学位级别：工学硕士学科、专业：机械工程所在单位：机电工程学院论文提交日期：2018年1月论文答辩日期：2018年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertati

2、onfortheDegreeofM.EngAnalysisofOptimizationandMotionCharacteristicofMagneticSuspensionFlywheelRotorSystemCandidate:FengJiajiaSupervisor:Prof.RenZhengyiAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:MechanicalEngineeringDateofSubmission:Jan，2018DateofOralExa

3、mination:Mar，2018University:HarbinEngineeringUniversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本

4、人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、

5、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究与优化分析摘要目前，磁悬浮飞轮储能技术的研究日渐深入，转子的运动特性直接关乎系统的安全稳定运转，运动特性一直是飞轮转子系统的研究热点。本文针对600Wh飞轮转子系统，从理论出发，结合试验数据，重点研究了飞轮转子的临界转速及其在工作转速下的运动特性，并就此储能系统进行了优化。首先依据飞轮转子的运动和支撑特性，将系统简化，建立出转子的整体动力学模型。根据飞轮转子高速运转过程中的涡动和陀螺效应理论分析了飞轮转子受到的不平衡力和陀螺力矩，根据支撑

6、系统的工作原理推导出转子受到的电磁力，并得到系统的支撑刚度系数，综合以上受力情况完成了飞轮转子的动力学模型的建立。以动力学模型为基础，利用传递矩阵法求解转子的临界转速。将轴系离散化，建立了轴系从单元到整体的传递矩阵，计算出飞轮转子的前三阶临界转速。并借助Workbench分析，验证上述理论分析的合理性。依据转子在各临界转速下的运动姿态，分析了飞轮转子在各临界转速下的运动。之后基于旋转试验，对试验数据进行滤波处理，分析转子的运动特性。以示波器在连续时刻下记录的波形变化分析得到转子实际的临界转速分布区间，以此验证理论计算的正确

7、性。基于稳定性分析理论，利用转子在5000rpm和7000rpm的试验数据，仿真得到转子的轴心轨迹、时域图和频域图，综合分析飞轮转子在稳定转速下的运动情况，得到在运动中不平衡和外界干扰是造成转子振动的主要原因，且分析出振动作用的频率范围。最后从飞轮转子的储能和运动特性角度出发，利用Workbench仿真对飞轮转子进行优化。针对运动中存在的上小下大现象提出系统布局改进，以不同方案下的分析结果进行对比。针对现有方案的储能没有达到理论设计提出飞轮结构优化，以最优化控制理论为基础，以飞轮的应力和质量较小，转动惯量较大为目标得到较满

8、意的优化结果。为后续研究设计奠定基础。关键词：飞轮转子；运动分析；临界转速；优化磁悬浮飞轮转子系统的运动特性研究与优化分析ABSTRACTAtpresent,theresearchofmaglevflywheelenergystoragetechnologyisdeepening,therotor'sk