轧机主传动位移延时反馈系统的Hopf分岔研究

在考虑轧机前后张力差造成的阻力矩基础上,针对传统轧机主传动系统模型忽略位移延时的缺点,建立了轧机主传动位移延时反馈系统的数学模型。分析了系统的局部稳定性和Hopf分岔的存在性,从理论上得到了延时临界值,并通过实验仿真得出的时间历程图、相图以及分岔图验证了当延时等于临界值时,轧机主传动位移延时反馈系统确实产生了Hopf分岔,从而得出了从生产工艺的角度加大轧制速度可以避免延时产生的不良影响,为进一步研究、控制轧机主传动系统提供了新思路。     

轧机主传动位移延时反馈系统自激振动机理研究

在考虑连轧机前后张力差造成的阻力矩基础上,建立了轧机主传动系统位移延时反馈自激振动模型.分析了由稳定过渡到不稳定的一种中间极限状态,即产生等幅振动的可能性,可知位移延时反馈等价于位移与速度同时反馈,它同时改变了系统的阻尼与刚度,并分析了轧制参数对轧机主传动位移延时反馈系统稳定性的影响.进行了变速轧制防止轧机主传动系统位移延时反馈自激振动的理论分析,仿真结果表明了变速防振方法的有效性.     

基于非线性反馈的轧机主传动机电耦联扭转系统的分岔控制

针对轧机在轧制过程中轧辊与轧件间润滑条件变化引起系统失稳振荡,以及轧机主传动系统具有复杂机电耦联的特点,应用Lagrange-Maxwell原理建立一类含非线性摩阻的轧机主传动机电耦联扭转系统的非线性动力学方程,利用非线性动态分岔理论,分析该系统的稳定性,给出系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析超临界分岔和亚临界分岔对主传动系统扭转振荡的影响。为抑制传动系统因Hopf分岔引起的失稳振荡,选取驱动电动机定子电压为控制量,引入电动机速度反馈,构造非线性状态反馈控制器,并采用多尺度和谐波平衡法确定控制器参数,对系统的Hopf分岔点进行转移,并控制极限环的稳定性和幅值,该控制方法简单、易实现,数值模拟验证了所设计控制器的有效性。     

冷连轧机主传动系统非线性扭转振动控制分析

冷连轧机主传动系统非线性扭转振动给轧机安全运行带来严重后果,需要加以控制,以提高整机运行的安全稳定性。以某冷连轧机F3机架为研究对象,根据轧机主传动系统的非线性行为,建立包含非线性刚度、非线性阻尼及负载端非线性摩擦力的轧机主传动系统非线性扭转振动仿真模型;由于Hopf分岔是导致轧机主传动系统出现失稳振荡的重要原因之一,因此有必要对Hopf分岔现象进行有效的控制。基于Hopf分岔理论,构造非线性状态反馈控制器,针对该非线性系统,提出扩大稳定区域、改变分岔点行为及降低极限环幅值的Hopf分岔控制思路。由结果可知,扩大稳定区域使得系统稳定区域的范围有了很大的增加;降低极限环幅值通过引入非线性反馈环节,增加非线性反馈增益kn的大小来改变分岔点的行为,降低等幅振荡的幅值;两种方法都可实现自激振动行为的有效控制;可作为实际设计选择的重要参考。     

轧机主传动机电耦联扭振系统的动态分岔研究

针对交流电机驱动的轧机主传动系统存在的低频扭振失稳问题,依据拉格朗日—麦克斯韦原理建立交流电机电磁能与传动系统机械能耦联作用的轧机主传动非线性系统的动力学方程,并运用动态分岔理论研究该类高维非线性自治系统的振动特性。对定子与转子电阻随温度变化导致主传动系统出现非双曲奇点时系统中产生的高余维动态分岔现象,采用多尺度和谐波平衡法求解非线性微分方程组的近似解析解,不经中心流形直接求得原系统的三阶规范形,研究系统的Hopf分岔情况、二维环面分岔情况,甚至三维环面分岔情况,运用Hurwitz判据分析分岔发生时系统周期解和概周期解的稳定性,给出稳定域边界条件,数值仿真验正结论的正确性,为轧机主传动系统的平稳运行提拱理论依据。     

三自由度齿轮传动系统的分岔与混沌研究

为研究齿轮传动系统中齿侧间隙等非线性因素对系统振动特性的影响,综合考虑齿侧间隙、时变啮合刚度、综合啮合误差和轴承纵向响应,建立了三自由度单级直齿轮副传动系统的扭转振动非线性动力学模型;采用变步长4-5阶Runge-kutta法,对系统运动的状态方程进行了数值求解;并构建了系统的Poincaré截面,得到了系统的分岔图。结合系统最大Lyapunov指数谱、Poincaré映射图及FFT频谱图,分析了系统在激励频率变化时的动力学特性,发现系统在不同激励频率下会发生Hopf分岔、鞍结分岔及倍化分岔,给出了系统的分岔值,分别得到了系统经Hopf分岔和鞍结分岔通向混沌运动的两种过程。     

基于非线性Drive-shaft模型的车辆传动系扭振稳定性分析

在车辆传动系统Drive-shaft模型的基础上通过引入非线性刚度和非线性阻尼,探究非线性项对传动系统扭振行为及其稳定性的影响。采用试验方法验证非线性项的存在性。建立考虑非线性刚度和非线性阻尼的传动系统Drive-shaft模型,采用Lagrange方法建立相应的当量化模型,采用分岔理论获得恒定激励下导致Drive-shaft模型稳定性发生改变的fold和Hopf分岔条件。采用多尺度方法得到Drive-shaft模型发生共振时的平均方程和幅频响应方程,进而采用分岔理论获得导致共振曲线失稳的fold和Hopf分岔条件。仿真分析非线性项对共振稳定性的影响,结果表明非线性阻尼的存在可能会引起Hopf分岔进而改变共振响应曲线的稳定性,非线性刚度的存在可能会引起fold分岔进而改变共振响应曲线的稳定性,同时避免Hopf和Fold分岔的发生可保证共振响应曲线的稳定性。     

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。     

啮合参数对分扭-并车齿轮传动系统分岔特性的影响

为研究分扭-并车齿轮传动系统非线性分岔特性,建立了含多间隙的分扭-并车齿轮系统非线性动力学模型,引入高斯消元技术和广义相对位移变量消除了系统的刚体位移,并对动力学方程组实施了量纲一化处理。综合考虑啮合频率、齿侧间隙、综合传动误差和阻尼比等激励下的分岔通道,借助分岔图、Poincaré截面和Lyapunov指数等手段对系统的分岔行为进行了定性和定量表征。结果表明啮合频率增大时系统发生逆向倍周期分岔,分岔点位置受齿侧间隙影响显著;齿侧间隙和综合传动误差变化下混沌域内均出现短暂周期窗口;阻尼对倍周期分岔运动存在抑制作用,其结果对该类齿轮系统动力学设计具有参考价值。     

含间隙多自由度轧机传动系统非线性扭振动力特性

建立含间隙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,采用改进的林滋泰德—庞加莱法(Modified Lindstedt-Poincare,MLP)法求解轧制负载摩擦和外扰激励下非线性系统的解析近似解,并运用MLP法与多尺度法相结合的方法得到该系统的分岔响应方程.采用奇异性理论研究系统在非自治情形下的分岔特性,得到不同参数下系统的分岔形态以及保持轧机稳定振动的参数区域.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,通过实际参数分析非线性刚度、间隙量、扰动力矩以及轧制力变化对传动系统扭振幅频响应的影响.其中,扰动力矩与间隙量是影响轧机传动系统扭振的主要因素,通过控制扰动力矩及间隙量可以降低扭振的幅值.研究结果为含间隙的轧机传动系统扭振特性提供一定的理论指导和参考.     

热连轧机磁栅尺结构的模型参数辩识

应用系统辨识技术,采用受控自回归(auto egressive exogeneous,简称ARX)模型结构和Matl ab系统 辨识工具箱,辨识了热连轧机辊缝位移传感器的动力学模型参数,建立了该传感器结构的动态 数学模型。系统的输入和输出数据分别为同步记录的轧机相应位置的振动加速度信号,ARX 模型的参数估计采用最小二乘估计法(LSCE),辨识模型的拟合度达到7948％。 辨识结果表明,传感器外壳圆盘结构的刚度和阻尼太小,对轧机垂直振动系统的 影响严重,说明其结构设计不合理,需要进行结构动力学修改。     

旋转机械耦合传动系统参激振动分析与控制

以一类旋转机械传动系统的扭振为研究对象,考虑轴系时变刚度变化和非线性摩擦阻尼力的影响,根据Lagrange原理建立了一类旋转机械传动系统的耦合非线性动力学方程,利用多尺度方法推导出了系统的平均方程,并根据Hopf分岔理论给出了系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析了参数共振和内共振条件下系统的分岔特性。为抑制传动系统因亚临界Hopf分岔引起的失稳振荡,引入非线性反馈控制,对系统的Hopf分岔点进行转移并控制周期运动的稳定性和幅值。研究结果为非线性旋转机械参激振动的分析及控制提供了有效方法。     

直动式溢流阀的分岔分析与实验

为了改善广泛应用的直动式溢流阀的颤振行为,考虑油液压缩性、管道弹性和阀芯碰撞阀座时的能量损失,建立了溢流阀无量纲形式的数学模型。以4种不同的弹簧预压缩量,作出了相位和向量场分布图,得到了系统的稳定平衡状态。应用非光滑动态系统理论和计算软件MATLAB,画出了单参数和双参数分岔图,发现系统存在Hopf分岔、极限环鞍结点分岔、广义Hopf分岔和尖点分岔等分岔现象。搭建了测试平台,得到了阀芯位移分岔图和频谱瀑布图,对数学模型进行了实验验证。结果表明,小流量时为混沌或周期碰撞震荡,增大流量可改善阀芯颤振行为,为周期非碰撞震荡或稳定平衡状态。此研究工作为直动式溢流阀的失稳机理和颤振行为提供了理论依据。     

立辊轧机主传动系统扭振的数值分析

由于轧制工艺的改进,某厂立辊轧机主传动系统需要承受更大的轧制力矩.因此该传动系统的强度如何是问题的关键,文中对轧机的传动系统的动态性能进行了分析,为轧机承受重负荷下的安全运行提供了可靠的依据.     

热连轧机工作辊水平-垂直非线性振动特性及抑制

基于振动情况下轧制界面水平-垂直方向摩擦力模型和动态轧制力模型,考虑轧机的结构和工作辊轴承座与牌坊立柱间的摩擦力等因素的影响,建立了热连轧机工作辊水平-垂直系统的非线性振动模型。运用平均法求解得到幅频特性方程,分析外扰力和非线性参数等因素对系统幅频特性的影响,为抑制轧机工作辊水平-垂直振动提供理论指导。通过分析李雅普诺夫指数和位移分岔图,发现系统随外扰力幅值变化表现出周期、倍周期和混沌等不同运动状态。最后,通过分析工作辊轴承座与牌坊立柱间有无衬板间隙这两种情况下的幅频特性及衬板间隙对系统振动的影响规律,提出一种抑制工作辊水平振动和垂直振动的方法,仿真和实验结果均表明该方法有效。     

基于OPC技术的轧机主传动系统远程监测与诊断

提出了基于OPC技术的轧机主传动系统远程监测的结构体系,讨论了基于OPC技术的轧机主传动系统远程监测的实现方法,开发了基于OPC技术的轧机主传动远程监测与故障诊断系统.     

Characteristic of torsional vibration of mill main drive excited by electromechanical coupling

In the study of electromechanical coupling vibration of mill main drive system, the influence of electrical system on the mechanical transmission is considered generally, however the research for the mechanism of electromechanical interaction is lacked. In order to research the electromechanical coupling resonance of main drive system on the F3 mill in a plant, the cycloconverter and synchronous motor are modeled and simulated by the MTLAB/SIMULINK firstly, simulation result show that the current harmonic of the cycloconverter can lead to the pulsating torque of motor output. Then the natural characteristics of the mechanical drive system are calculated by ANSYS, the result show that the modal frequency contains the component which is close to the coupling vibration frequency of 42Hz. According to the simulation result of the mechanical and electrical system, the closed loop feedback model including the two systems are built, and the mechanism analysis of electromechanical coupling presents that there is the interaction between the current harmonic of electrical system and the speed of the mechanical drive system. At last, by building and computing the equivalent nonlinear dynamics model of the mechanical drive system, the dynamic characteristics of system changing with the stiffness, damping coefficient and the electromagnetic torque are obtained. Such electromechanical interaction process is suggested to consider in research of mill vibration, which can induce strong coupling vibration behavior in the rolling mill drive system.