[发明专利]一种航空发动机永磁偏置锥形磁轴承振动力主动控制方法

说明书

本发明公开了一种航空发动机永磁偏置锥形磁轴承振动力主动控制方法，采用电励磁绕组电流重构的方法，将每个磁轴承的四套绕组电流分解为径向悬浮电流分量和轴向悬浮电流分量的形式，通过径向和轴向悬浮电流分量分别协调控制径向和轴向电磁力。同时，为方便后续研究计算，将永磁体磁链等效为电流的形式。在建立准确的电磁力数学模型的基础上，将重构后各绕组电流代入径向力和轴向力表达式中，反向解算出各绕组的径向悬浮电流分量和轴向悬浮电流分量，从而得到各绕组电流的给定量。本发明采用一种锥形磁轴承的振动力主动控制技术，通过控制电励磁绕组电流，实现锥形磁轴承径向力与轴向力的协调控制，从而抵消发动机转子的刚度位移振动。

技术领域

本发明涉及一种航空发动机永磁偏置锥形磁轴承振动力主动控制方法，属于磁轴承控制技术领域。

背景技术

航空多电发动机是以传统航空燃气涡轮发动机为基础，配装主动磁性轴承、内置一体化起动机/发电机、分布式电子控制系统、电动燃油泵和电力作动器等新部件和系统的一种新型航空发动机。多电发动机取消了传动轴、齿轮、提取轴等机械单元，采用多电发动机转轴、磁悬浮轴承及起动发电机的集成一体化共轴设计方式。这使得多电发动机具有结构更紧凑、重量更轻、性能更高、维修性与适应性更好、可靠性更高、运行和维护费用更低等突出技术优势，是未来航空发动机的重要发展方向之一。

但是多电发动机缺少了传动部件后，发动机轴向推力、径向振动力与发电机的电磁转矩直接耦合在一起，尤其随着电气负荷的增加，两者间的相互影响不能再被忽略不计。由于发动机转子的不平衡力、不对中及碰擦导致的振动，使得转轴出现多种振动模态。发动机转子轴系有多个临界工作点，发动机的转速范围很宽，无法避开临界转速点(共振点)。而当转子工作转速在0.5-0.707倍的临界转速范围内时，呈现准刚度特性。磁轴承位于转子轴系端部，其转子主要呈现刚度位移振动模式。根据不同振动位移类型，可分别产生径向振动、轴向振动。因此，航空发动机的振动模式多样，并且由于大型航空发动机采用柔性转子，进一步增加了振动复杂度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种航空发动机永磁偏置锥形磁轴承振动力主动控制方法，通过控制电励磁绕组电流，实现锥形磁轴承径向力与轴向力的协调控制，从而抵消发动机转子的刚度位移振动。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种航空发动机永磁偏置锥形磁轴承振动力主动控制方法，包括如下步骤：

步骤1，将系统五自由度方向的给定位移与五自由度方向各自对应的实际位移作差，差值作为PID调节器的输入，PID调节器的输出为五自由度方向各自的给定力信号F_x1^*、F_x2^*、F_y1^*、F_y2^*和F_z^*；

步骤2，将系统z方向的给定力信号F_z^*以及系统两个磁轴承径向悬浮电流分量的实际值代入轴向力模型解算出轴向悬浮电流分量I_z^*；

步骤3，将轴向悬浮电流分量I_z^*以及给定力信号F_x1^*、F_x2^*、F_y1^*、F_y2^*代入径向力模型解算出系统两个磁轴承径向悬浮电流分量的给定值；

步骤4，将步骤2得到的轴向悬浮电流分量I_z^*与步骤3得到的系统两个磁轴承径向悬浮电流分量的给定值作运算，得到系统两个磁轴承上各齿极绕组电流的给定值，将各齿极绕组电流的给定值通过PI调节器实现磁轴承开关功放对给定电流的跟踪，从而实现对转子五自由度悬浮位移的协调控制。