滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

针对现有轴承-转子系统动力学模型的不足,考虑非线性滚动轴承力、不平衡量、碰摩故障及陀螺效应,建立了滚动轴承-柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型.通过数值计算与比较,结果表明:低转速下系统响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动,高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱,转子不平衡和碰摩故障对系统的影响逐渐增强,陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略.     

非线性刚度转子-轴承支承松动故障的特征分析

研究了非线性刚度转子系统发生松动故障时的振动问题.考虑了转轴材料的非线性因素,建立了在非稳态油膜力作用下的非线性刚度转子-滑动轴承系统松动模型,并用Runge-Kutta数值积分方法,得到了系统在不同的参数下的波形图、频谱图和轴心轨迹图的特征并通过实验数据验证了该方法的可行性数值分析结果为该类转子-轴承系统的设计和支承...     

滚动轴承-转子系统支承松动时的复杂运动研究

基于转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论,针对一端支座松动的滚动轴承-转子系统的运动特征,考虑了松动间隙的非线性情况,建立了系统的动力学方程．在对转子系统动力学方程进行数值积分之后,通过分叉图、庞加莱图、相图和关联维数等显示了转子系统随转速变化和松动间隙的扩展会出现复杂动力学现象,并且研究了滚动轴承-转子系统在支承松动时的分岔和混沌运动及其变化规律,得出了有工程价值的结论,这些结论可为该类故障的诊断提供参考．     

滚动轴承支承下松动-裂纹耦合故障转子系统动力学特性分析

支座松动转子因两端刚度不对称而引发振动异常增大,进而可能导致转子出现裂纹故障,裂纹和松动故障耦合下的转子系统呈现强非线性特性.建立滚动轴承支承的支座松动-弓形裂纹转子动力学模型,研究转速、松动间隙、松动质量及裂纹角等对转子系统非线性动力学响应的影响.考虑非线性Hertz接触力,采用分段线性方程描述支座松动的刚度和阻尼,转子横向裂纹采用呼吸裂纹模型来研究,依据拉格朗日方程建立转子系统动力学方程,采用Runge Kutta法求解方程获得转子振动响应的分岔图、频谱图、轴心轨迹图、Poincaré图等.计算结果表明,当系统转速达到2300rad/s时,松动-裂纹耦合故障系统较仅裂纹系统在1/3分频处有明显的间谐波成分,混沌区域更为宽泛;当裂纹参数恒定时系统随着松动间隙减小会更加稳定;当松动质量ms＞41.25kg时,系统振幅剧增,发生“跳跃”现象.研究工作对松动-裂纹转子系统的故障诊断和健康监测具有重要的工程应用价值.     

水下涡轮机转子-滚动轴承非线性振动仿真

在考虑支承滚动轴承内部间隙、轴承非线性Hertz接触刚度及转子不平衡量的基础上,建立了水下涡轮机刚性水平转子系统的动力学模型;采用变步长的Rouge-Kutta-Felhberg方法对系统动力学模型进行了数值仿真,基于混沌与分岔理论分析了系统的非线性振动;研究表明,转速较低时,系统的响应以VC周期振动为主;提高转速,系统在旋转频率、VC频率的组合激励下,表现出拟周期振动;继续提高转速时,系统经历阵发性分岔进入混沌状态;研究结论对水下涡轮机系统设计具有重要意义。     

汽轮机转子碰摩热弯曲动力特性研究

本文简化了汽轮机转子模型,并根据转子碰摩理论建立了一种简单的求解碰摩截面热分布的计算模型,使得碰摩截面热分布的计算大大简化.依据转子动力学理论推导了本模型的运动方程,并作无量纲化以便于MATLAB数值求解收敛,最终建立了转子系统由摩擦引起的弹性热弯曲——碰摩耦合故障动力模型.利用四阶Runge-Kutta方法求解微分方程组得到了在不平衡力、碰摩力和碰摩热弯矩耦合作用下转子系统的响应,并对低于、接近和高于临界转速下碰摩热弯曲转子的动力学特性进行了数值仿真研究,包括时域、频谱、轴心轨迹以及碰摩力的变化.结果表明,转子在低于和接近临界转速运行发生碰摩,转子的振动由平稳状态逐渐发散,而在高于临界转速发生碰摩时转子的振动会逐渐减小.     

不对中联轴器 柔性转子系统非线性动力学行为

主要研究了在滑动轴承支承下转子间具有平行不对中故障的柔性联转子系统非线性动力学行为.首先,在考虑到联轴器的连接刚度后,基于两转子间运动的几何关系和位移约束条件推导了在非线性油膜力作用下平行不对中转子系统的动力学模型,理论分析表明该系统是一个含有时变系数和强非线性特征的11自由度非自治系统.然后采用数值方法重点分析了系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、频谱相应,Poincaré截面等.结果表明:在较低转速时,转子的涡动轨迹在较小的范围内作同步振荡;随着转速的提高,系统出现倍周期分叉现象,以及准周期、混沌运动等复杂的非线性动力学行为.最后讨论了联轴器的连接刚度对系统运动特性的影响.     

碰摩转子映射系统的非线性反馈混沌控制

采用不连续穿越映射技术,Jeffcott碰摩转子系统的映射在擦边碰撞附近可以近似为在一个方向上有平方根伸缩的四维映射,本文对此映射的动力学行为进行了研究,而且发现了有大量的混沌现象存在.采用非线性反馈混沌控制方法,通过选取合适的控制增益参数,可将碰摩转子映射系统的混沌运动控制到有规则的擦边周期1轨道和单点碰摩周期2轨道.数值模拟证实了分析结果.     

具有轴承不对中的多跨柔性转子系统非线性动力学研究

主要研究了具有不对中轴承支承的柔性多转子耦合系统的动力学建模和非线性动力学行为.首先在短轴承假设、小轴承的不对中量和圆盘不平衡量等几个基本假设条件下,考虑了转子的柔度、不对中轴承的非线性油膜力和圆盘的不平衡等因素后,建立了一个具有轴承不对中的10自由度多跨转子系统非线性动力学模型；最后采用数值方法研究了系统的非线性动力...     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

一种模糊滑模变结构控制方案及其在混沌系统控制中的应用

采用模糊动态模型逼近非线性系统，将非线性 系统模糊化为局部线性模型．用Lyapunov稳定性理论设计出确保模糊动态模型全局渐近稳 定的变结构控制器．应用到两类混沌系统的稳定控制中，验证了方案的有效性．模糊控制器 简单，规则少．     

一类仿射非线性系统的概率密度函数形状控制

针对一类仿射非线性有界动态随机系统,提出一种最优概率密度函数（PDF）跟踪控制算法,使得系统的输出PDF跟踪给定的PDF．首先利用线性B样条解耦得到仿射非线性状态方程和PDF逼近方程,使PDF跟踪转化为状态方程输出权值的跟踪;然后采用线性时变序列逼近方法将非线性系统转化为线性时变系统,通过对线性系统的迭代运算得到非线性系统的最优跟踪控制器,从而实现最优PDF跟踪．理论分析和仿真实验均表明了所提出算法的有效性．     

多自由度非线性系统动态参数化模型建模方法研究

针对多自由度非线性系统的动态模型辨识问题,基于NARX(Non-linear Autoregressive with Exogenous inputs)模型的建模方法,考虑系统的物理设计参数,建立非线性系统动态参数化模型.首先,根据系统输入、输出数据建立系统不同参数下的NARX模型,并通过EFOR(Extended Forward Orthogonal Regression)算法对不同参数下NARX模型进行修正,以统一辨识得到的系统模型结构.随后,建立NARX模型系数与物理设计参数间的函数关系,得到多自由度非线性系统的动态参数化模型.以单输入、单输出两自由度非线性系统为例,根据数值仿真结果,对系统的动态参数化模型建模过程进行说明.最后,以带非线性涂层阻尼的悬臂梁作为试验对象,建立其动态参数化模型以反映其动力学特性.试验结果表明,非线性系统动态参数化模型能准确预测多自由度非线性系统的输出响应,为非线性系统的分析与优化设计提供了理论基础.     

基于SVR的传感器Hammerstein模型辨识

提出一种基于支持向量回归机的非线性动态传感器Hammerstein模型辨识方法并给出了相关的数学理论及学习算法.在该模型中,用非线性静态子环节和线性动态子环节串联来描述传感器的非线性动态特性.再利用函数展开将模型的非线性传递函数转换为等价的线性中间模型,并通过SVR求取中间模型参数.最后,推导出中间模型参数与传感器Hammerstein模型参数之间的关系,并由该关系实现非线性静态环节和线性动态环节的同时辨识.用实际力传感器动态标定实验数据进行测试,结果表明与常规非线性传感器辨识方法不同,所提方法只需进行一次动态标定实验就能给出非线性动态模型的数学解析表达式.且建立的力传感器Hammerstein模型阶次为4,而线性动态系统模型则需要6阶才能达到相同的精度.因此该研究为传感器非线性动态系统辨识又提供了一种可选方法.     

基于RBF神经网络的非线性系统故障诊断

针对一类模型未知的非线性动态系统,提出了一种基于神经网络在线估计结构的鲁棒故障诊断检测方法.系统中,仅输入输出可测,且包含输出不确定性项.该方法通过构造神经网络在线逼近结构来拟合该非线性系统模型和系统的非线性故障特性,建立系统的状态观测器.神经网络的权重调整规律由李亚普诺夫稳定性方法获得,系统的输出不确定性部分被用于获得诊断算法的阈值.最后,用Matlab/SIMULINK对的算法予以验证,结果表明本算法的合理性.     

A methodology for designing controllers for industrial systems based on nonlinear separation model and control

A feasible method of controller design for industrial nonlinear dynamic systems is proposed, by separating the nonlinear dynamic system into nonlinear static parts and a linear dynamic part. The proposed method of industrial controller design reduces the existing gaps between the control theory and the actual field. In the controller construction procedure of a system, the nonlinearities are eliminated by using the inversion functions of the nonlinear static parts. Any conventional control theory is ideally applicable to a linear dynamic part of the system. Based on the proposed method of nonlinear separation, controllers were constructed for three different systems: a chemical reactor, a temperature level-controlled tanked water system, and the contour-following control of an articulated robot arm. Some encouraging control performances, superior to those of other existing controllers, showed its significant potential for application to industrial systems with nonlinearities.     

Backstepping adaptive fuzzy control of uncertain nonlinear systems against actuator faults

A class of unknown nonlinear systems subject to uncertain actuator faults and external disturbances will be studied in this paper with the help of fuzzy approximation theory. Using backstepping technique, a novel adaptive fuzzy control approach is proposed to accommodate the uncertain actuator faults during operation and deal with the external disturbances though the systems cannot be linearized by feedback. The considered faults are modeled as both loss of effectiveness and lock-in-place （stuck at some unknown place）. It is proved that the proposed control scheme can guarantee all signals of the closed-loop system to be semi-globally uniformly ultimately bounded and the tracking error between the system output and the reference signal converge to a small neighborhood of zero, though the nonlinear functions of the controlled system as well as the actuator faults and the external disturbances are all unknown. Simulation results demonstrate the effectiveness of the control approach.