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双盘转子系统不对中-碰摩故障仿真及实验研究
摘要：
本文针对双盘转子系统不对中-碰摩故障进行仿真与实验研究，通过建立双盘转子系统数学模型，采用数字仿真及实验分别模拟故障情况，对故障对系统运行状态的影响进行研究。仿真结果表明，在双盘转子系统不对中-碰摩情况下，系统动态特性发生明显变化，其稳定性和控制性能均受到影响。实验验证结果与仿真结果吻合，说明所建立的数学模型可有效模拟双盘转子系统的动态特性及故障情况。
关键词：双盘转子系统，不对中-碰摩故障，数字仿真，实验研究，数学模型
1.引言
双盘转子系统是一种广泛应用于工业生产及交通运输领域的动力机械系统，其在运行过程中可能会存在各种故障，如不对中-碰摩故障。该故障的发生会导致系统动态特性和控制性能的严重下降，严重影响系统的安全可靠运行。因此，对该故障进行仿真与实验研究具有重要的意义。
2.数学模型建立
建立双盘转子系统数学模型是研究其动态特性及故障影响的基础。本文建立了基于Euler-Bernoulli理论的动态模型，其基本假设为：系统各部分之间的耦合作用均为刚性连接，各部分之间不允许发生相对位移。
该系统由两个平行的盘转子组成，盘转子之间通过轴连接。两个盘转子之间的距离为d，每个盘转子的半径分别为r1和r2。两个盘转子上均匀分布着N个等间隔质点，各个质点之间形成等间距离的刚体连杆，如图1所示。
图片1双盘转子模型示意图
在建立系统动态模型时，根据系统动力学原理，考虑到惯性力、弹性力、摩擦力等多种力的作用，将系统的受力平衡与运动学方程建立为如下式子：
式中，θi为质点i的角度。按照时间求导，可得系统的运动学方程组。对式进行拉格朗日变换可得系统的动力学方程组。
3.数字仿真研究
采用MATLAB软件对双盘转子系统进行数字仿真，模拟不对中-碰摩故障情况。仿真结果显示，故障后系统的振动幅值、谐波失真率等动态特性发生显著变化。系统振幅随着时间的推移呈渐增趋势，暴露出系统不稳定的状态。系统的品质因数明显下降，达到不可接受的水平，使得系统对外部扰动及控制指令的响应性能均出现急剧下降。
4.实验研究
为验证数字仿真结果，设置双盘转子系统实验平台进行实验研究。由于该系统中存在多种干扰因素，例如机械摩擦、电器噪声等，实验中需要对这些因素进行适当处理。实验数据显示，系统的动态特性与数字仿真结果相似，确定了不对中-碰摩故障对系统运行状态的影响。
5.结论与展望
通过数字仿真与实验研究表明，在双盘转子系统不对中-碰摩情况下，系统的动态特性受到严重影响，稳定性和控制性能均下降。故障状态下系统呈现出不稳定的运行状态，急需对该故障进行有效的预测与检测以提高系统的安全性与可靠性。本文研究的结果对实际双盘转子系统的故障预测与控制有重要的参考价值。
参考文献：
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