磁悬浮飞轮转子优化设计与实验

刘强¹，房建成^2,3，武登云⁴

1. 北京石油化工学院机械工程学院2. “惯性技术”重点实验室3. “新型惯性仪表与导航系统技术”国防重点学科实验室4. 北京控制工程研究所

摘 要：以一种额定转速为5000r/min,额定角动量为50Nms的磁悬浮飞轮转子系统为对象,对混合离散变量非线性优化问题进行了研究。建立了飞轮转子的优化模型,并改进了传统的优化设计方法。采用针对离散变量的全域遍数法,嵌套连续变量的序列二次规划法,对转子系统进行优化设计。在此基础上,考虑转子质心与磁轴承几何中心距离,对转子进行二次优化。结果显示,轮辐为5根时,转子质量达到全域最小,约为7.25kg。根据优化结果研制了一台磁悬浮飞轮,并对优化模型的谐响应分析结果进行实验验证,两者最大误差为2.2%。

关键词：磁悬浮飞轮;多学科优化设计;混合离散变量;有限元;磁轴承;姿态控制;