Page 152 - 《振动工程学报》2025年第11期

2610 振 动 工 程 学 报 第 38 卷

的选择依赖技术人员的经验，无法反映转子动力学 率放大器、控制器、变频器组成。当系统运行时，转
行为，平衡精度有限。基于智能算法的无试重动平衡 子由 2 个径向磁悬浮轴承与 1 个轴向磁悬浮轴承支
方法可建立不平衡量与振动响应的非线性映射拟合， 承，变频器驱动电机旋转，径向与轴向的电涡流传感
平衡精度较好，但当磁悬浮轴承的支承参数根据实 器检测转子位移，相位传感器检测转子机械转角；传
际系统负载需要而动态调节时，缺乏足够的外推能力。 感器信号由调理电路转化为电压信号，输入控制器；
基于动力学模型的无试重动平衡方法能够直接 dSPACE MicroLabBox-DS1202 作为控制器，实时计算
反映转子振动特性，平衡精度高，当系统负载变化时 控制信号，输送至功率放大器中；功率放大器根据控
具有良好的外推能力，是目前无试重动平衡的主流 制信号产生对应的电流，调节磁悬浮轴承输出电磁
方法 [16] 。其基本思路为：根据一次试运行数据，结合 力大小，实现转子的稳定悬浮。该磁悬浮轴承-柔性
动力学模型，辨识转子不平衡量参数，再从校正平面 转子系统具有 1 个试重盘、3 个校正平面、2 个振动
上选取合适的修配量。FANG 等 [17] 基于刚性转子模 测点；试重盘用于模拟工作叶轮的不平衡质量，校正
型，通过分析零位移控制模式下磁悬浮轴承的电流， 平面用于调整转子的不平衡量分布，振动测点用于
实现了不平衡质量的辨识。ZHENG 等 [18] 分析磁悬 测量径向磁悬浮轴承处振动位移量。表 1 为磁悬浮
浮转子运行状态的电流与位移响应，提出了适用于 轴承-柔性转子系统的结构参数。

具有强陀螺效应与非对称结构转子的无试重不平衡
磁悬浮轴承 试重盘D1 相位传感器 磁悬浮轴承
量辨识方法。但上述研究仅将不平衡量等效为两个 AMB A AMB B
集中质量，未考虑其沿转子轴向的随机分布特性，当
转子呈现柔性特性时，辨识得到的等效不平衡量不 校正平面C1 校正平面C2 电机 校正平面C3
振动测点M1 振动测点M2
再适用。章云等 [19] 分析传递函数与影响系数之间的 机
械
关系，利用扩展影响系数法识别了柔性转子不平衡
系
量分布。GARPELLI 等 [20] 构建了物理模型引导的人 统
工神经网络，补偿了转子动力学模型的精度，有效提
电
高了不平衡量分布辨识的准确性。但上述研究在选 控
系
择修配方案时未考虑磁悬浮轴承动态支承参数特性
传感器调理电路 控制器 功率放大器 变频器 统
导致的系统各阶模态稳定性差异 [21] ，平衡高阶模态
图 1 磁悬浮轴承-柔性转子系统
的过程中常常对低阶模态产生影响。
Fig. 1 Magnetic bearing-flexible rotor system
综上所述，现有的无试重动平衡方法仍存在不
平衡量辨识时未考虑其沿转子轴向的随机分布特 表 1 磁悬浮轴承-柔性转子系统结构参数
性、修配时未考虑磁悬浮系统各阶模态的稳定性差 Tab. 1 Structure parameters of magnetic bearing-flexible rotor
异等局限，使柔性转子动平衡时难以保证全速域运 system
行下振动水平的要求。 参数 值
针对上述问题，本文提出了一种适用于磁悬浮 转子总质量/kg 14.6
转子总长度/mm 1036
柔性转子的无试重不平衡量分布优化方法。将试运
磁悬浮轴承跨距/mm 920
行数据与转子系统模型相结合，在有限元节点上将
−1
设计转速/(r·min ) 12000
转子的不平衡量分布特征离散化，辨识了残余不平
保护轴承间隙/mm 0.125
衡量分布。分析各阶模态稳定性，根据特征极点实 单个磁极线圈匝数/匝 75
部建立各阶模态平衡权重系数，以振动最小、修配 磁极面积/m 2 3.45×10 −4
质量最小为目标，利用 NSGA-Ⅱ 遗传算法获取最优修 磁极夹角/(°) 22.5
配方案，并在磁悬浮轴承柔性转子试验台上实施了 偏置电流/A 1.5
修配方案，验证了所提方法的有效性。 磁悬浮轴承气隙/mm 0.25

1 试 验 平 台 介 绍 2 磁 悬 浮 轴 承 -柔 性 转 子 系 统 建 模

本文的研究对象为磁悬浮轴承-柔性转子系统， 磁悬浮柔性转子不平衡量分布优化需要精确的
包括机械系统与电控系统，如图 1 所示。机械系统 模型，以获取转子的影响系数矩阵。磁悬浮轴承-柔
由转子、电机、相位传感器、径向磁悬浮轴承、轴向 性转子系统分为机械系统、电控系统两个子模型；
磁悬浮轴承组成；电控系统由传感器调理电路、功 机械系统子模型包括柔性转子动力学模型、磁悬浮