Active Vibration Isolation of a Flexible Rotor Being Subject to Unbalance Excitation and Gyroscopic Effect Using {\boldsymbol{\mathcal{H}}}_{\boldsymbol{\infty}}-Optimal Control
Active Vibration Isolation of a Flexible Rotor Being Subject to Unbalance Excitation and Gyroscopic Effect Using {\boldsymbol{\mathcal{H}}}_{\boldsymbol{\infty}}-Optimal Control
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使用 {oldsymbol{mathcal{H}}}_{oldsymbol{infty}}-最优控制对受到不平衡励磁和陀螺效应影响的柔性转子进行主动隔振
DOI：
10.1007/978-3-319-06590-8_142
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
und S. Rinderknecht
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
F. B. Becker;S. Heindel;und S. Rinderknecht
这篇文章涉及主动隔振的不平衡诱导振动的旋转轴使用最优控制和压电致动器。所考虑的系统的控制器设计是具有挑战性的，并需要在鲁棒性的高要求，由于速度依赖的系统行为的结果的陀螺效应。转子系统主动控制领域的最新研究，特别是达姆施塔特工业大学机械工程机电系统研究所的研究，主要集中在转子位移的衰减上。对于许多应用，如航空发动机，不仅转子的变形本身是高度感兴趣的，而且它与环境的相互作用。以往的主动减振研究表明，主动减小转子位移的同时，会引起轴承力的不希望的增加。除了这些工作之外，本文还讨论了旋转轴与周围结构的解耦，这也被称为振动隔离。调查是基于一个转子试验台与静态确定的轴承配置。两个轴承支撑中的一个是主动的，由两个压电叠堆致动器以及两个并列的压电负载垫圈组成。试验台的工作范围包括两个不平衡感应共振。由于控制性能强烈地依赖于系统动力学的描述的准确性，转子的有限元模型被确定和扩展的离散压电元件。所获得的参数模型是能够捕捉系统的速度依赖的动态。最优控制器将使用参数化有限元模型导出。最后，通过仿真和实验测试隔振控制性能，验证了所述方法的可行性。
This contribution deals with active vibration isolation of unbalance induced vibrations of a rotating shaft using-optimal control and piezoelectric actuators. Controller design for the considered system is challenging and requires a high demand in robustness due to speed-dependent system behavior in consequence of the gyroscopic effect. Recent studies in the field of active control of rotor systems, especially at the Institute for Mechatronic Systems in Mechanical Engineering at TU Darmstadt, mainly focus on the attenuation of rotor displacements. For many applications, like aircraft engines, not only the rotor’s deformation itself is of high interest, but also its interaction with the environment. Former works on active vibration attenuation show that active reduction of rotor displacements can be attended by an undesirable increase of bearing forces. In addition to these works, this article deals with the decoupling of a rotating shaft from the surrounding structure, which is also known as vibration isolation. The investigations are based on a rotor test rig with a statically determined bearing configuration. One of the two bearing supports is active and consists of two piezoelectric stack actuators as well as two collocated piezoelectric load washers. The operating range of the test rig includes two unbalance induced resonances. Since the control performance strongly depends on the accuracy of the description of the system dynamics, a finite element model of the rotor is determined and extended by discrete piezoelectric elements. The obtained parametric model is capable of capturing the system’s speed-dependent dynamics. The-optimal controller will be derived using the parametric finite element model. Finally, the feasibility of the described approach will be validated by testing the control performance by means of vibration isolation in simulation and experiment.
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