飛輪儲能系統(tǒng)電磁軸承—轉子動力學特性研究.pdf

1、飛輪儲能作為一種新型的儲能方式，具備儲能密度大、能量損耗低、使用周期長和環(huán)境污染小等眾多優(yōu)點，時至今日已展現(xiàn)出廣闊的應用前景。本文以飛輪儲能系統(tǒng)研發(fā)項目為背景，重點研究飛輪儲能系統(tǒng)電磁軸承—轉子系統(tǒng)動力學特性，為系統(tǒng)樣機的研制提供參考，主要研究內容如下：
　　根據(jù)飛輪儲能系統(tǒng)的設計要求確定了系統(tǒng)的支撐布局方案，建立了樣機系統(tǒng)剛性轉子的動力學模型與電磁軸承支承力模型，并分析了電磁軸承控制參數(shù)對支承剛度和阻尼的影響。在此基礎上，研究了

2、控制器參數(shù)對系統(tǒng)的渦動頻率的影響，完成了電磁軸承支承特性研究，為飛輪儲能系統(tǒng)轉子動力學特性分析奠定了基礎。
　　分析了飛輪儲能系統(tǒng)電磁軸承—柔性轉子動力學模型建立的邏輯結構，采用有限元法建立其柔性轉子模型?；谠撃Ｐ陀嬎愕玫搅讼到y(tǒng)自由振動的固有頻率，前六階振型圖，并且分析了陀螺效應、軸承阻尼、軸向力和力矩對其自由振動特性的影響，驗證了該動力學模型的正確性。針對飛輪儲能轉子在實際運行中可能遇到的很多外部激勵，其中包括質量不平衡，基礎

3、激勵，以及系統(tǒng)內阻尼等，基于該動力學模型，對這些外部激勵激發(fā)的不平衡響應進行了預計分析，通過仿真分析得知下軸承處對質量不平衡的響應幅值偏大，上軸承處的響應幅值相對小，為轉子動平衡提供參考依據(jù)。
　　研究了轉子系統(tǒng)加速越過臨界轉速的動態(tài)特性，仿真表明通過控制電磁軸承的剛度和阻尼系數(shù)達到抑制振動的目的。通過分析電磁軸承—柔性轉子系統(tǒng)前三階臨界轉速分布與電磁軸承支承特性的關系，得出了磁軸承支承的轉子臨界轉速變化范圍，由此提出了基于轉速的

4、變參數(shù)PID控制策略，并給出了變參數(shù)規(guī)則。
　　針對軸承—轉子系統(tǒng)的結構約束優(yōu)化問題，通過對轉子系統(tǒng)結構參數(shù)動態(tài)靈敏的計算，選取對第二階臨界轉速比較敏感的軸承單元的長度，飛輪的高度和直徑作為優(yōu)化研究的設計變量，以第二階臨界轉速為優(yōu)化目標，并在保證系統(tǒng)的儲能量的約束條件下，選用遺傳算法和模擬退火法混合算法對轉子系統(tǒng)結構進行優(yōu)化，得到了具有更佳動態(tài)性能的結構參數(shù)，為樣機的設計了提供參考。
　　建立了轉子系統(tǒng)的虛擬樣機模型，結合設