基于多目标遗传算法的支承磁轴承的磁流变液阻尼器优化设计

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磁悬浮轴承通过磁力作用将转子支承，可使其与其所支承的转子无接触、无机械磨损，但存在对收稿 日期：2012.08.01 修回日期：2012。

基金项目：国家自然科学基金资助项目 (51075200)；江苏省 自然科学基金资助项 目 (BK201 1070)：南京航空航天大学基本科研业务费资助项 目 (NZ2012203)通讯作者：周瑾 E.mail：zhj###nuaa.edu.ca磁性材料及器件 2013年4月转子振动抑制能力差等缺点l。为使其支承的转子能通过临界转速，需要外加控制。磁流变液是-种在外磁场作用下其流变特性发生急剧变化的智能材料2，在外磁场下其屈服应力发生很大变化，并且这种磁流变效应具有可逆、连续、反应迅速及易于控制的特点[3。采用磁流变液设计的磁流变阻尼器来支承磁悬浮轴承转子系统，可通过控制磁流变液流变来改善磁悬浮轴承系统对振动的抑制 。

将磁流变阻尼器应用到磁悬浮轴承上需要解决两2l3磁流变液阻尼器结构参数优化设计优化设计分为两步：首先基于完整模型优化支承套筒径向厚度。由上节磁场仿真结果可以看出，支承套筒的厚度是影响磁轴承和磁流变液阻尼器磁愁合的关键结构参数。优化的目标是在磁轴承和磁流变液阻尼器磁场无相互影响的情况下尽量减少支承套筒的厚度，从而缩小磁流变液阻尼器的径向尺寸，节省材料。第二步优化的目标是加载在磁流变液阻尼器线圈的激励电流-定和同等工作间隙的情况下，优化磁路上的关键结构参数使得作用于磁流变液的磁通密度尽量大，以得到更大的阻尼力及阻尼可调范围。

整个优化工作基于 ANSYS Workbench的优化拈(Design Exploration)。在 Design Exploration中进行优化设计分析是通过响应面 (线)来完成的，其 支持 的方法是实验数 据法 (The Design ofExperiments Method)，简称 DOE法。-旦运算结束响应面 (线)的曲面 (线)的拟合就是通过设计点 (Design Points)来完成的。在建立响应面 (线)的基础上，可以采用 目标驱动优化设计 (GDo)，优化的算法提供了三种：screening筛选法、NLPQL非线性二次规划和 MOGA多目标遗传算法。本文选取的是多目标遗传算法。具体的优化思路如图5所示。

图5 磁流变液结构参数优化流程3.1磁愁合分析及支承套筒厚度参数优化为了将磁流变液阻尼器和磁轴承的磁愁合体现出来，磁场分析在如表 1的三种工况下进行。

磁性材料及器件 2013年4月表 1 磁流变液阻尼器工作状况风b为支承套筒的径向厚度， 、 和 厶 分别为加载在磁流变液阻尼器线圈、径向磁轴承线圈和轴向磁轴承线圈的电流。 dl、 、玩 和 风 为磁流变液左端、磁流变液右端、径向磁轴承磁路和轴向磁轴承磁路上的最大磁感应强度。

表 2 各工况下磁流变液阻尼器磁场仿真结果nb/mm ]：. B B Bh Bh0.00180.74140.84621.17500.0060l。16332.O9480.04172.09450.00180.74100.85541.17700.00501.17902.05500.03072.0551l 0.0021 0.0002 1.1932 2.08612 0.7413 0.7402 0.0050 0.02543 0.8593 0.8342 1.1757 2.0858表 2给出了支承套筒不同厚度时各工况下磁流变液阻尼器磁场仿真结果。数据表明，在此结构中加入了具有隔磁功能的支承套筒后，两个磁场相互耦合的影响相对比较校我们以 dl在工况 1下的大小占其在工况2和工况3两种情况下大小差值的百分比来表示耦合影响的大校以 分别为lmm和 6mm 时的情况为例，两个磁愁合影响的大 小 分 别 为 0.0013/(0.8591-0.7396)1.09%和0.0015/(0.8344-O.7415)1.61%，均不超过 2%，其它情况下类似，耦合影响较校同时发现，支承套筒的厚度在 lmm 以上变化时，支承套筒隔磁效果的提升已不明显，然而其厚度的确定还受限于磁流变阻尼器的支承刚度，据静力学分析，支承套筒的厚度取为 1 7.5mm。

3.2磁路结构参数优化设计确定了支撑套筒的厚度，基本排除了外围磁轴承的影响。为了提高优化计算的效率，进-步简化23% 叭 ∞ 2O O O 1 2 3 5 5 4 ㈣0 O O 1 2 3 B2 - 曲线的计算值和实验结果的比较揣述 ： ( - )～，式中K和 是两个 无关的变量，K仪 过渡波长以、有效电偶极矩 阵 元 ct以 及 外 界 温 度 相 关 。 这 里 有K 1.195x10 rad·m/T， 1.325×10 m 。

4结论本文提出了-种基于 Sagnac环测量磁光光纤Verdet常数的方法。通过调节 Sagnac干涉结构中的偏振控制器，找到光纤 Sagnac T涉仪透射率最小的状念，获取光纤祸合器的分光比信息；在此基础 ，根据透射率随J'bDl：磁场的变化口J 确定 Sagnac干涉仪中磁光光纤的x义折射，进而计算 fj等效Verdet常数。通过此方法，测得入射波长为 1550nm时，高非线性光纤的等效 Verdet常数约为 0.1988rad/(T·m)。同l、f，还测量了 l515～1600rim 波长范围、波长 隔为 5nm 的多个波 K处的等效 Verdet常数，为 步开展磁光网波洮频理论研究提供了必要的实验参数。