非自治旋转机械系统的混沌及其混沌同步

研究机械式离心调速器系统的复杂动力学行为。通过系统运动的拉格朗日方程和牛顿第二定律,建立机械式离心调速器系统的动力学方程。借助Poincar啨截面和Lyapunov指数研究系统的混沌行为,通过仿真系统的分岔图和Poincar啨截面,分析系统通向混沌的道路,并且验证该系统的分岔图与Lyapunov指数谱是完全吻合的。通过对系统施加两种不同的非线性反馈控制器,并选取合适的反馈系数,使得驱动与响应系统同步。数值模拟验证该方法的有效性。     

一类离心调速器系统的分岔与混沌特性

研究受外部扰动的离心调速器系统的复杂动力学行为, 通过系统运动的拉格朗日方程和牛顿第二定律, 建立离心调速器系统的动力学方程.由Taylor级数展开得到离心调速器系统的扰动方程, 应用Lyapunov直接方法分析该系统平衡点的稳定性.用四阶Runge-Kutta算法计算系统的全局分岔图, 借助Poincaré截面和Lyapunov指数对系统的运动形态进行分析.结果发现离心调速器系统中有周期泡现象.数值仿真进一步研究系统的Hopf分岔, 通过对系统参数的不断变化, 分析得出系统由Hopf分岔通向混沌的演化过程, 并且验证该系统的全局分岔图与Lyapunov指数谱是完全吻合的.     

一类自治离心式调速器系统的Hopf分岔与混沌

研究一类自治离心式调速器系统的Hopf分岔与混沌运动等复杂动力学行为。利用Taylor级数展开得到离心调速器系统在平衡点附近的运动方程,并利用Hopf分岔定理研究系统发生Hopf分岔的条件及相应分岔解的稳定性,数值模拟验证理论分析结果。用4阶Runge-Kutta方法对这类自治系统进行计算,利用相图、Poincaré截面、分岔图等研究该系统的混沌运动。通过对系统参数的不断变化,分析得出系统由Hopf分岔通向混沌又进入周期运动的演化过程。     

离心调速器系统的混沌及控制

根据拉格朗日方程建立离心调速器系统的动力学方程,研究其受外部扰动系统的复杂动力学行为,并利用系统的相图和Poincaré映射图分析系统的混沌形成过程.通过对离心调速器反馈控制系统分别增加一个线性和非线性反馈控制器,利用它们控制系统从混沌运动转化为周期运动.数值仿真表明这两种控制方法在离心调速器系统的混沌控制中的有效性与可行性,可利用适当的控制强度镇定系统中不稳定的周期轨道.     

离心调速器系统的混沌及速度反馈控制

建立离心调速器反馈控制系统的动力学方程,利用系统的相图和Poincaré映射图分析系统的混沌形成过程.通过对离心调速器反馈控制系统增加一个速度反馈控制器,利用它控制系统从混沌运动转化为周期运动.数值仿真表明,该控制方法在离心调速器反馈控制系统的混沌控制中的有效性与可行性,可利用适当的控制强度镇定系统中不稳定的周期轨道.     

一类电路系统的稳定性分析及动力学行为研究

针对一类电路系统的电路模型,将电路模型的状态方程无量纲化为微分方程,并对方程进行了平衡点的稳定性分析,以及分岔行为推理.在选取系统参数的前提下,用龙格-库塔方法数值仿真了系统随不同参数变化的全局分岔图,通过分岔图揭示了系统在参数取值范围不同时发生的周期运动、倍化分岔、倍化序列分岔、混沌等丰富的动力学行为.通过不同参数下系统全局分岔图的对比,揭示了系统参数的变化规律和取值范围,为该类方程所对应的实际电路系统的应用提供了理论支持.     

新四维超混沌系统分析与仿真研究

提出了一种新的四维超混沌系统,通过理论推导、数值仿真、Lyapunov维数、Lyapunov指数谱和分岔图研究了其动力学特性。最后,根据系统方程设计了该混沌系统的硬件电路,并运用 Multisim软件对该超混沌振荡器电路进行了仿真实现,数值仿真和电路仿真证实了该超混沌系统与以往发现的混沌系统并不拓扑等价,是一个新的超混沌系统。     

含参激多自由度轧机传动系统非线性动力学特性

建立含参激多自由度轧机传动系统非线性扭振动力学模型,通过坐标变换将非线性方程组解耦成独立方程,应用Melnikov函数法给出谐波周期扰动力矩下系统出现混沌运动的条件。以某厂1780轧机传动系统为实际算例,将其简化成4自由度非线性扭振模型,通过理论分析和数值仿真对系统在电机扰动力矩、非线性刚度以及非线性阻尼影响下的分岔行为和混沌运动进行研究。运用分岔图、最大Lyapunov指数方法、相轨迹和Poincaré截面图对系统的全局动力学特性进行分析。结果表明,电机扰动力矩、非线性刚度以及非线性阻尼在一定范围变化时系统由周期倍化分岔、准周期运动直至混沌运动,同时出现间歇混沌现象。通过分析揭示了非线性扭振系统存在着复杂的分岔结构和混沌运动,为深入研究轧机传动系统非线性动力学行为的全局性态提供参考。     

机械式离心调速器系统混沌的非线性反馈反控制

根据拉格朗日方程建立了机械式离心调速器系统的动力学方程,求出了系统的平衡点,利用系统的相图分析了给定参数下自治系统及非自治系统的运动状态,用Poincaré映射图分析了非自治系统混沌的形成过程。利用非线性反馈反控制方法实现了自治系统及非自治系统混沌的反控制,将自治系统及非自治系统的周期运动利用适当的控制强度反控制到混沌运动轨道。     

轴向槽气体轴承-转子非线性系统的动力学行为

针对轴向槽气体轴承支承的转子非线性动力系统,研究了系统动力学行为的不平衡响应和分岔。采用矢量拟合近似求解的方法,建立了轴向槽气体轴承的有理函数模型,通过耦合转子运动模型,提出了一种轴向槽气体轴承-转子非线性系统动力学模型,在对其动力学行为求解过程中避免了对动态气膜力的反复求解,减少了计算时间。运用轴颈和圆盘中心的轨迹图、频谱图、Poincaré映射和分岔图分析了轴向槽气体轴承-转子系统的非线性不平衡响应和分岔行为。以转速为分岔参数研究了非线性系统从倍周期运动通向混沌的道路,以质量偏心为分岔参数研究了非线性系统的倍周期运动的倒分岔行为。数值结果表明轴向槽气体轴承-转子非线性系统存在复杂的动力学现象及分岔行为。     

Stabilization and synchronization for a mechanical system via adaptive sliding mode control

In this paper, we investigate the synchronization problem of chaotic centrifugal flywheel governor with parameters uncertainty and lumped disturbances. A slave centrifugal flywheel governor system is considered as an underactuated following-system which a control input is designed to follow a master centrifugal flywheel governor system. To tackle lumped disturbances and uncertainty parameters, a novel synchronization control law is developed by employing sliding mode control strategy and Nussbaum gain technique. Adaptation updating algorithms are derived in the sense of Lyapunov stability analysis such that the lumped disturbances can be suppressed and the adverse effect caused by uncertainty parameters can be compensated. In addition, the synchronization tracking-errors are proven to converge to a small neighborhood of the origin. Finally, simulation results demonstrate the effectiveness of the proposed control scheme.     

飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星光轴的影响

为了研究高分辨率光学卫星星上飞轮的微振动对卫星成像质量的影响,分别建立了飞轮扰动模型和整星结构动力学模型。首先,对飞轮组件系统进行了地面扰动测试,对实测扰动数据的分析表明,飞轮组件在与转速相关的一阶频率50Hz处产生一次谐波,在190Hz与280Hz左右存在与转速无关的一系列峰值。然后,对整星进行了单位正弦激励,获得了光轴角位移响应,并对其与飞轮实测扰动数据进行了集成分析。分析结果表明:整星在50~80 Hz和230~280Hz的角位移响应有较多的谐振响应频率成分,沿光轴方向和垂直光轴方向整星光轴的角位移最大谐振响应幅值分别为2.718″、2.739″,在245Hz左右存在较多幅值为0.5″量级的谐波。分析显示飞轮组件微振动对高分辨率光学卫星成像质量影响较大,得到的结果可为整星系统的优化设计和隔振补偿措施提供参考依据。     

基于有限元法储能飞轮本体的应力分析

为确保储能飞轮在高速旋转状态下不松脱,装配后的应力值又在许用范围之内,为此确定了合理的装配过盈量,并完成了离心应力计算分析;采用ANSYS分析软件建立了储能飞轮本体应力分析的有限元模型;计算了最大过盈量装配时的接触应力与旋转状态下的飞轮系统离心应力,并完成了飞轮本体的强度校核。     

储能飞轮过盈/脱落过程研究

核电冷却剂泵上安装飞轮,用以储备转动惯量,保证在泵电动机断电时冷却剂流量缓慢下降,避免反应堆事故。采取过盈配合的目的是控制飞轮临界转速。过速情况下,飞轮发生膨胀,从立轴脱落,可以预防爆裂的发生。设计了一套由临界转速控制的逐层脱落的安全飞轮。运用平面应力法与包含间隙元的有限元模型,对飞轮进行过盈设计和应力分析。在递增的离心力作用下,对飞轮摩擦配合的连续、滑动、脱落过程进行完整仿真。     

一种低速离心调速器的研究

针对高压输电线路维护测量的需要开发一种基于离心摩擦原理的低速机械调速器。介绍该调速器的调速原理，并对调速的静态和动态特性进行分析。     

储能飞轮转子轴承系统动力学设计与试验研究

飞轮储能系统通过飞轮升速和降速来实现电能储存和释放,研究飞轮转子轴承系统固有频率预计、临界转速设计、动平衡等动力学问题。采用永磁轴承与螺旋槽动压轴承的混合支承方式,建立储能飞轮强度、动力学和充放电特性试验研究装置,进行了动平衡、阻尼支承调整、飞轮储能系统损耗和发电量测试等试验,试验飞轮达到设计转速42.0 kr/min,总储能497 W·h,从42.0 kr/min降速到13.8 kr/min,可用放电能达到290 W·h。     

一种基于飞轮储能系统的新型动态电压恢复器

为了克服传统动态电压恢复器无储能装置的不足,提出了一种基于飞轮储能系统(FESS)的新型动态电压恢复器(DVR)。根据飞轮充电要求,对DVR拓扑结构进行了研究,给出了DVR在不同工作模式下的控制策略:在飞轮充电过程中,采用脉宽调制(PWM)整流技术,实现了单位功率因数控制;在补偿电压暂降时,电机采用半桥能量回馈控制,以保持直流母线电压恒定,逆变器采用双环控制策略,补偿电压暂降的同时有效地抑制负载干扰和参数变化。实验结果验证了拓扑结构和控制策略的正确性。     

高速储能飞轮现代动态设计与分析方法

对惯性型能量储存元件高速储能飞轮在质量一定，保证系统动力稳定性等约束条件，以体积能量密度为目标函数，使用Ｌａｇｒａｎｇｅ乘子法进行优化设计，并用有限元方法对其在实际使用时的静态与动态应力进行数值分析，从而为它的合理设计与分析提供了较为有效的方法，为安全使用提供了可靠的保证。     

一种模糊变系数PID控制器及其在水轮机调速器中的应用

根据水轮机调速器工况不断变化的特点，提出一种模糊变系数PID控制器，它以常规PID控制器为核心，利用模糊控制原理在线调整PID控制器的比例、积分及微分增益。通过水轮机调速器半物理仿真实验系统来检验该控制器的控制性能，并与普通的PID控制器进行比较，结果表明，该控制器有良好的控制性能，并具有抵抗系统参数变化的能力。该控制器算法简单，实时性强，适于微机调速器应用。