Skip to main content

Banery wysuwane

Wielobarwna okładka seryjna
Sterowanie tłumieniem wewnętrznym wirnika o piezoelektrycznie aktywowanej strukturze

ISBN
978-83-67427-26-5
Publication type
monografia
Format
B5
Binding
miękka
Number of pages
152
Publication date
2023
Description

Książka z serii „Rozprawy Doktorskie. Monografie”

W pracy podjęto temat wpływu aktywnego sterowania tłumieniem wewnętrznym w wirnikach maszyn na poprawę stabilności pracy z nadkrytyczną prędkością obrotową. Autor na podstawie badań symulacyjnych i eksperymentalnych (trzy algorytmy sterowania i różne warianty rozmieszczenia aktuatorów oraz czujników) potwierdził korzystny wpływ zmniejszenia tłumienia wewnętrznego na szybkość zaniku drgań pierwszej postaci z precesją współbieżną przy nadkrytycznej prędkości obrotowej.

Contents

Streszczenie 7
Summary 8
Skróty i akronimy 12
1. Wprowadzenie 13
2. Teza oraz cele pracy 15
3. Przegląd literatury 18
3.1. Tłumienie wewnętrzne 18
3.2. Zarys metod i rozwiązań stosowanych w aktywnej redukcji drgań układów wirnikowych 20
3.3. Materiały piezoelektryczne jako elementy wykonawcze w układach aktywnej redukcji drgań układów wirnikowych 21
4. Analityczny model wirnika Jeffcotta z elementami piezoelektrycznymi 25
4.1. Podstawowe równania ruchu w stacjonarnym oraz obrotowym układzie odniesienia 25
4.2. Tłumienie w dynamice układów wirnikowych i jego wpływ na stabilność 29
4.2.1. Tłumienie zewnętrzne, tłumienie wewnętrzne 29
4.2.2. Tłumienie a drgania samowzbudne 30
4.2.3. Tłumienie w równaniach ruchu modelu Jeffcotta 30
4.3. Analiza z wykorzystaniem zapisu zespolonego 32
4.3.1. Równania ruchu w zapisie zespolonym w stacjonarnym i obrotowym układzie odniesienia 32
4.3.2. Analiza stabilności – drgania własne tłumione 33
4.3.3. Wpływ tłumienia na stabilność układu 36
4.4. Modelowanie piezoelektrycznych czujników i elementów wykonawczych 38
4.4.1. Element piezoelektryczny jako czujnik 40
4.4.2. Element piezoelektryczny jako aktuator 42
4.5. Badania symulacyjne układu sterowania wpływającego na tłumienie 45
4.5.1. Algorytm sterowania 45
4.5.2. Układ regulacji wpływający na tłumienie 46
4.5.3. Analiza stabilności aktywnego wirnika 47
4.6. Wpływ aktywnego sterowania tłumieniem na drgania wymuszone wirnika 50
4.6.1. Odpowiedź aktywnego wirnika na niewyważenie 50
4.6.2. Odpowiedź aktywnego wirnika na siłę ciężkości 51
5. Modelowanie i analiza dynamiki wirnika z elementami piezoelektrycznymi z wykorzystaniem MES 53
5.1. Możliwości i ograniczenia programu Ansys
w zakresie modelowania dynamiki układów wirnikowych 53
5.1.1. Warunki typowych analiz układów wirnikowych w Ansysie 54
5.1.2. Modelowanie tłumienia w układach wirnikowych w Ansysie 54
5.1.3. Modelowanie efektu piezoelektrycznego 55
5.2. Podejście kombinowane do analiz MES wirnika o aktywnej strukturze 56
5.2.1. Przygotowanie macierzy w Ansysie i odtworzenie modelu w Matlabie 57
5.2.2. Modelowanie tłumienia 60
5.2.3. Modelowanie elementów piezoelektrycznych jako czujników oraz elementów wykonawczych 64
5.2.4. Modelowanie wymuszeń 65
5.3. Weryfikacja metody kombinowanej – przykład numeryczny 65
5.3.1. Geometria i własności materiałowe 66
5.3.2. Wpływ sprzężenia żyroskopowego 66
5.3.3. Oddziaływanie piezoelektryczne 67
5.3.4. Tłumienie Rayleigha i tłumienie modalne 70
5.3.5. Graniczna prędkość utraty stabilności 73
6. Badania symulacyjne algorytmów sterowania wpływających na tłumienie wewnętrzne 75
6.1. Algorytm sprzężenia prędkościowego DVF 75
6.2. Algorytm dodatniego sprzężenia od położenia PPF 82
6.3. Algorytm sprzężenia od położenia z kompensacją fazy PCPF 85
6.4. Przemieszczenie jako sygnał sprzężenia zwrotnego 88
6.5. Podsumowanie 92
7. Badania eksperymentalne . 93
7.1. Opis stanowiska do badania układów o aktywnej strukturze wirnika 93
7.1.1. Wał wirnika z elementami piezoelektrycznymi oraz dyskiem 94
7.1.2. Podpory i uchwyty 96
7.1.3. Schemat stanowiska laboratoryjnego 97
7.1.4. Wykorzystanie czujników laserowych jako sygnału sprzężenia w układzie sterowania 99
7.2. Omówienie najważniejszych metod analizy danych pomiarowych 100
7.2.1. Widmo dwustronne (ang. Full FFT) 100
7.2.2. Pomiar szybkości zaniku drgań 102
7.3. Wpływ aktywnego sterowania na efektywne tłumienie wewnętrzne w strukturze 104
7.3.1. Aktywna modyfikacja tłumienia przy braku wirowania 106
7.3.2. Aktywna modyfikacja tłumienia wewnętrznego w trakcie ruchu obrotowego 107
7.4. Porównanie wyników eksperymentalnych i symulacyjnych 112
7.4.1. Wpływ podatności podpór na układ sterowania w modelu MES 113
7.4.2. Porównanie aktywnego wpływu na tłumienie przy braku wirowania 115
7.4.3. Porównanie aktywnego wpływu na tłumienie przy prędkości obrotowej 28 obr/s 116
7.4.4. Ocena badanych modeli symulacyjnych i dyskusja 117
8. Podsumowanie i kierunki dalszych badań 119
Załączniki 123
Załącznik A: Wybrane pojęcia z zakresu dynamiki układów wirnikowych 123
A.1. Wirnik i układ wirnikowy 123
A.2. Prędkość krytyczna . 124
A.3. Prędkość graniczna utraty stabilności 124
A.4. Precesja współbieżna i przeciwbieżna 124
A.5. Tłumienie wewnętrzne i zewnętrzne 125
Załącznik B: Eksportowanie macierzy MES w programie Ansys 126
Załącznik C: Analizy uzupełniające 128
C.1. Wał o przekroju kwadratowym 128
C.2. Wpływ uchwytów tokarskich na dynamikę układu 129Załącznik D: Szczegóły techniczne stanowiska laboratoryjnego 132
D.1. Pierścienie ślizgowe 132
D.2. Serwonapęd 133
D.3. Czujniki laserowe 135
D.4. Wzmacniacze wysokich napięć 136
D.5. Wzmacniacze ładunku 137
D.6. Separacja galwaniczna 138
D.7. Kontroler pomiarowo-sterujący 139Załącznik E: Opis kodu programu kontrolera 141
E.1. Zadania układu FPGA 141
E.2. Zadania kontrolera czasu rzeczywistego 143
Bibliografia 145

Fragments
Contents
Price
0.00
In order to arrange international shipping details and cost please contact wydawnictwa@agh.edu.pl