特征频率的辨识方法

本节分别采用实验方法和有限元方法对开关磁阻电机的特征频率进行辨识。实验方法采用正弦激励，通过激光测振仪记录开关磁阻电机定子的振动，通过振动数据分析确定电机的特征频率。

正弦激励是测试系统振动特性的常用方法，通过模态激振器向待测对象施加不同频率的正弦力信号，获得待测对象的频率响应。本节将利用正弦激励方法获得定子的振动特性，进而对定子的振动模型进行参数估计。正弦激励的设置如图3.6所示。

图3.6　正弦激励测试系统

测试在无约束自由振动条件下进行，利用弹性棉将开关磁阻电机固定在桌面上，由激振器（BK 4809，10 N）产生正弦激振力，通过激光多普勒测振仪（Polytech PSV-500-3D）记录并分析定子的表面振动。激振器首先产生频率不断变化的正弦激励，对电机的振动响应进行遍历扫描。测振仪在测试过程中会记录电机表面多个点的振动情况，测振点的分布如图3.7（a）所示。由于位置不同，每个测振点的振动幅值及相位均不同，不同测振点幅值的分布反映了电机的振动模态。由于本节没有考虑轴向传播的振动，因此取电机同一径向横截面上测振点进行分析，所取横截面如图3.7（b）所示，测试点编号如图3.7（c）所示。

图3.8为正弦激励下横截面上1、10、20、30四个测试点的振动幅值和相位。从图中可以看出，不同测试点的特征频率基本相同，主要特征频率包括618 Hz、1 215 Hz、1 747 Hz、2 111 Hz、3 022 Hz、3 856 Hz。

图3.7　测试点布置

（a）测试点整体分布；（b）测试界面选取；（c）测试点编号。

图3.8　不同测试点的频域响应

本节所选取的测试点基本位于同一截面上，并且构成一个闭合形状，因此振动幅值随测试点的变化应该呈现周期性变化，根据周期数可以判断振动模态的阶数。不同频率下振动幅值（考虑相位）沿各测振点的分布如图3.9所示，横坐标为测试点的位置。(www.xing528.com)

通过图3.9可以看出，图（a）中，随测试点位置变化，幅值没有出现周期性变化，对应的是0阶模态的特点。在图（a）中出现了一定的基线漂移，这是由于每次测试激光测振仪仅可以扫描约90°的角度，整个圆周测试完成需要变化4次位置，移动过程中可能引起测振仪和电机相对位置的变化，进而导致基线漂移，因此认为0阶模态特征频率为618 Hz。图（b）中，随测试点位置变化，振幅呈现两个周期变化，对应2阶振型的特点，2阶模态的特征频率为1 215 Hz。图（c）和图（d）同样呈现出两个周期的变化，但图（c）和图（d）对应的轴向阶数不为0，在实际运行中较难被激发出来。图（e）中，随测试点位置变化，振幅呈现3个周期变化，对应3阶振型的特点，3阶模态的特征频率为3 022 Hz。图（f）中，随测试点位置变化，振幅呈现4个周期变化，对应4阶振型的特点，4阶模态的特征频率为3 856 Hz。

图3.9　振动幅值随测试点位置的变化

（a）频率为618 Hz；（b）频率为1 215 Hz；（c）频率为1 747 Hz；（d）频率为2 111 Hz；（e）频率为3 022 Hz；（f）频率为3 856 Hz。

根据同一截面上不同频率谐波幅值的变化还可以得到不同振型的幅值，如表3.5所示。

表3.5　不同振型的幅值　单位：m/s2

为了验证实验方法的有效性，将实验获得的特征频率与有限元方法获得的特征频率进行对比，结果如表3.6所示。

表3.6　有限元方法和正弦激励方法的分析结果对比

通过对比可以看出，有限元方法得到的特征频率和正弦激励方法得到的特征频率非常接近，说明了这两种方法的有效性。