主动转子系统动力学的建模、分析及控制理论

Active vibration control of rotor systems is a great progress in rotor dynamics, and still one of frontier topics in the area of rotor dynamics, but the general theory about the active vibration control of rotor systems has not formed. On the basis of analyzing and reviewing on the status of the active vibration control of rotor systems, a theory of active rotor system dynamics is proposed in this project. By studying the basic scientific issues in active rotor system dynamics, such as modelling, analysis and control, a complete theoretical frame and analysis methods of active rotor system dynamics will be built. Based on the preliminary study, a general model of actuators with non-collocated sensor-actuator and cross coupling effect is built, and the model-order reductions of rotor systems considering the dynamic characteristics of control system are studied; then, some basic concepts in active rotor system dynamics are proposed and some methods for analyzing the dynamic characteristics of active rotor system are developed, finally, dynamic model based controllability and observability, optimization of position and number of actuators and sensors, dynamic model based vibration control strategies of linear rotor system, and dynamic model based vibration control strategies of non-linear rotor system with actuator saturation and periodic coefficients are studied.

转子系统振动主动控制是转子动力学的重要发展，也是目前转子动力学领域前沿的课题之一，但目前还没有形成统一的理论。在对转子系统振动主动控制研究现状进行系统总结和分析的基础上，项目提出了主动转子系统动力学理论，通过对主动转子系统动力学的建模、分析与控制中的关键基础科学问题开展研究，建立起一套比较完整的主动转子系统动力学的理论体系和分析方法。在前期研究的基础上，首先建立能够考虑传感器/执行器不同位、水平与垂直方向存在耦合影响的主动转子系统执行器的广义动力学模型，研究考虑控制系统特性的转子系统模型降价理论；其次建立主动转子系统的基本概念和发展用于主动转子系统动力学特性的分析方法；最后研究基于系统动力学模型的可观性/可控性理论、执行器/传感器位置/数量优化理论、基于动力学模型的线性转子系统振动主动控制理论、以及基于动力学模型的执行器输出饱和及具有周期系数转子系统振动和稳定性的主动控制理论。

转子系统振动主动控制是转子动力学的重要发展，也是目前转子动力学领域前沿的课题之一，但目前还没有形成统一的理论。.在对转子系统振动主动控制研究现状进行系统总结分析的基础上，通过对主动转子系统动力学的建模、分析与控制中的关键基础科学问题开展了系统的研究，项目建立了一套比较完整的主动转子系统动力学的框架及理论体系。.在主动转子系统动力学的建模方面，建立了能够考虑传感器/执行器不同位、水平/垂直方向存在耦合影响的执行器的广义动力学模型，提出了原点及跨点动力系统等概念，建立了执行器支承刚度阻尼参数识别方法，提出了执行器/传感器位置/数量优化的具体问题。.在主动转子系统动力学的分析方面，研究了考虑控制系统特性的转子系统模型降价理论，推广了传统的传递矩阵法使其能够方便地分析主动转子系统的动力学特性，发展了主动转子系统动力学特性的分析方法。.在主动转子系统动力学的控制方面，证明了基于二阶动力学模型的可观性/可控性与基于状态方程系统的可观性/可控性理论的一致性，基于模态的可观性/可控性建立了执行器/传感器位置/数量的优化方法、提出了不基于系统状态方程的PID控制、不平衡补偿控制、同频振动的陷波滤波器、多频振动控制、基于特征结构配置的鲁棒输出反馈控制器等控制策略，相位偏移自适应LMS算法等，使试验转子系统的工作转速超过二阶弯曲临界转速。同时，也研究了基于动力学模型的执行器输出饱和及具有周期系数转子系统振动和稳定性的主动控制方法。.项目完成相关论文76篇（包括录用论文4篇），其中SCI论文33篇，EI期刊论文33篇（包括录用论文4篇），EI国际会议论文6篇，国际会议及期刊论文4篇，申请和授权国家专利22项，应邀在国内外专业学术会议上做大会报告10多次，多个国内外会议的主办及组织者。基于本项目所开展的基础研究工作，主持人已获批军委科技委基础加强计划重点基础研究项目1项、航空发动机及地面燃气轮机重大专项基础研究项目1项及其它军工项目，将基础研究成果直接应用于实际工程。