转子电流变阻尼器系统振动模糊控制的实验研究

　　引　言

　　电流变液是一种极具发展前景和工程应用价值的新型智能材料,由于其具有反应快、控制方便、能耗小的特点,在振动控制方面有着广泛的应用[1～3]。文献[4]首次将电流变液应用于转子振动控制;文献[5]利用开关控制研究了转子电流变阻尼器振动系统的控制问题。文献[6]进行了转子电流变阻尼器振动系统模糊控制的理论研究。本文针对转子电流变阻尼器振动系统进行了模糊控制的实验研究。

　　1　转子电流变阻尼器系统及实验装置

　　转子系统摩擦板式电流变阻尼器如图1所示,由四个涡动板和三个静止板组成,静止板作为电场的正极,涡动板作为电场的负极。图2为实验转子简图,由转轴、悬臂盘、摩擦板式电流变阻尼及电源组成,阻尼器由鼠笼支承以增加其稳定性,并提高转子的一阶临界转速。转轴直径为9mm,长500mm,悬臂盘直径为76mm,厚为19mm,转轴通过半刚性联轴与一直流电机相连,电机转速从0到14000/r·min^-1连续可调。悬臂盘上拧有一偏心质量块,使实验转子产生振动。

　　测试设备主要由位移传感器、转速表、数据采集卡、电流变液和阻容式载荷可调功率放大器及两台计算机组成。在悬臂盘的水平和垂直方向各安装一个Á8的电涡流位移传感器,用于测量x和y方向的位移响应,位移信号经隔直流后分别输入给CRAS系统和数据采集卡。转轴通过半刚性联轴器与电机相连,联轴器上粘一宽2mm高1mm的反光膜,联轴器的垂直方向安装一转速传感器,用于测量转子的转速,转速信号输入到CRAS系统。

　　因为电流变液的响应迅速,固化时间极短,因而给电流变阻尼器施加控制电压时转子系统所引起的瞬态振动很小。文献[7]应用开关控制方法对转子振动控制进行了研究,发现这种方法有利于转子系统越过临界转速,可明显地降低转子系统的振动。这种电流变阻尼器安装在轴承的外圈,与机座弹性相连,阻尼器内的盘片和外壳弹性连接,当转子运行时,盘片和外壳相对运行,对电流变液产生剪切作用。不施加控制电场时电流变液只有粘性阻尼,盘片和外壳的相对振动较大,随着外加电场强度的增大,电流变液的粘性增大,使盘片和外壳耦连,相对振动减小。

　　图3是电流变阻尼器转子系统模糊逻辑控制的结构框图。模糊逻辑控制器的输入为由两个位移传感器检测到的转子系统D盘的x和y方向的位移信号,输出为控制电压;控制电压经过电压放大器施加给电流变阻尼器。另外,上述两个位移信号与转速信号一起输入到CRAS系统,离线分析转子系统的瞬态和稳态响应。

　　2　电流变阻尼器转子系统自适应模糊逻辑控制算法