基于ADAMS和Matlab的新型复合式高速转子在线动平衡装置联合仿真

　　ADAMS软件对于控制系统设计,提供的控制工具箱只能处理一般的控制环节(比如PLD控制),而Matlab是大型控制系统设计软件,能够处理各种高级控制环节(比如智能控制系统)[2],将两者结合起来使用,充分发挥它们各自优势,将给那些复杂系统的研究提供一种新的途径。

　　本文使用ADAMS与Matlab/Simulink联合仿真的方案对一种复合式高速转子在线动平衡装置模型进行动力学仿真。基于ADAMS/Controls模块建立动平衡装置虚拟样机,通过Matlab/Simulink模块建立控制系统框图以及图形接口,并利用其提供的功能向ADAMS中的动平衡模型系统输入了转速与外加负载。该方案能够改变ADAMS只能仿真理想电机的局限,实现使用Matlab/Simulink构造复杂的电机模型和控制方式。图1所示为ADAMS与Matlab联合仿真基本设计流程。

　　1　复合式动平衡装置建模

　　图2为动平衡总体装置图,装置结构原理如图3所示。其工作过程:转子工作时预先设定了振动(最大质量重心偏移量)极限,传感器实时监测不平衡量、转子转速、不平衡量相位、滑盘b、c和平衡块b、c相位。当测量的振动值高于设定的参考值时,程序执行动平衡,甚至在程序完成平衡之后,随着旋转速度的改变而产生的新的振动量再次大于设定值时,系统仍继续监测转子状态。首先,基于间接在线动平衡装置的设计思想,利用电磁场的耦合作用,无接触地在加重平面A-A处形成一个具有相同幅值和相位的径向电磁力,使该电磁力与所需的离心力等效,实现在线实时精密补偿[3];考虑到此时空旋转电磁力能耗大、机械结构内应力大的缺点,考虑基于混合型在线动平衡装置的设计思想,应用电机的工作原理,运用影响系数法控制策略,在平衡装置B-B、C-C截面上利用旋转极坐标合成矢量力,使得转子质心落在旋转中心上[4]。同时,撤消时空旋转电磁力,转子系统在极坐标合成力的作用下实现动平衡。

　　2　基于ADAM S动力系统模型的仿真分析

　　2·1　基于ADAM S动力系统建立动平衡装置模型

　　用三维软件构造转子系统模型,设计配套的动平衡装置模型,图4所示为所建的平衡装置模型。将模型导入到ADAMS环境中,在ADAMS环境下设置各部件间的约束、作用力、运动驱动及负载,并通过Marker点定义函数,设置传感器监控转子系统的振动大小、相位以及平衡盘上2个平衡块的相位。

　　2·2　ADAM S环境下建立约束

　　由于在三维软件模块中,各个零件的转动约束副已经定义完成,动力系统模型导入到ADAMS/view后,这些约束也已经传递进来,故不需要再一次添加,因此只需加入其他必要的约束即可。