齿面摩擦对齿轮传动系统分岔与混沌特性的影响分析

为研究齿面摩擦对直齿圆柱齿轮传动系统振动特性的影响,建立了包含齿面摩擦在内的六自由度齿轮啮合耦合型动力学模型。模型采用能量法计算齿轮啮合的时变啮合刚度,同时考虑了啮合误差、间隙非线性以及负载扭矩等因素。通过四阶变步长Runge-Kutta积分法对模型进行数值分析,得到齿轮系统随齿面摩擦系数变化下的时间历程图、相位图、Poincare截面图、分岔图等,定性分析了齿轮系统对齿面摩擦变化下的动力学周期、拟周期、分叉和混沌的运动演化历程,并通过实验进行了验证。结果表明,随着齿面摩擦系数的增大,齿轮系统动态特性响应逐渐复杂。     

齿侧间隙对齿轮系统动力学行为的影响

为分析齿轮传动系统在齿侧间隙变化条件下的非线性动力学变化机理,对不同齿侧间隙参数下非线性齿轮传动系统的动力学行为进行了研究,建立了全齿齿侧间隙变化的齿轮传动系统非线性动力学模型,探讨了不同齿侧间隙参数条件下齿轮传动系统吸引子的变化。研究表明,齿侧间隙的变化不仅能够影响齿轮传动系统振动幅值的变化,同时,齿侧间隙的变化也能够显著改变齿轮传动系统的动力学行为,使齿轮传动系统在混沌状态与周期状态间发生跃变。研究结果能够为齿轮传动系统的设计和故障诊断提供一定的参考。     

随机外干扰下齿轮传动系统的混沌振动分析

为了考察输入力矩的随机扰动对系统动力学的影响,综合考虑由扭矩波动引起的低频外激励、齿轮阻尼比、齿侧间隙、激励频率和啮合刚度的随机扰动因素,根据牛顿定律建立单对三自由度直齿齿轮传动系统的随机动力学方程。利用系统的分岔图、相图、时间历程图、Poincaré 映射图、李雅普诺夫指数和功率谱图分析齿轮传动系统在齿轮激励频率变化下的动力学特性,并分析输入力矩引起的随机外扰动对系统分岔特性的影响。数值仿真表明：随机非光滑齿轮传动系统存在着丰富的倍周期分岔现象;随着齿轮激励频率的增大,齿轮传动系统先通过周期倍化分岔从周期运动到混沌运动,再通过逆周期倍化分岔从混沌运动通向周期运动;随着输入力矩随机扰动的增大,会对系统的随机分岔区域和系统动力学特性产生本质影响。     

基于温度效应的多自由度齿轮系统的非线性动力学分析

齿轮在工作时,由于功率损耗和环境温度等原因,引起齿轮轮体及箱体的温度发生变化,影响齿轮传动性能。以直齿圆柱齿轮传动系统为研究对象,考虑齿面摩擦、齿侧间隙和时变啮合刚度等非线性因素,引入温度变化的影响,建立六自由度的齿轮系统非线性动力学模型,并采用4~5阶龙格-库塔算法对模型进行求解,结合分岔图、相图和Poincare映射图,分析温度变化和激励频率对齿轮系统动力学的影响。结果表明,温度变化对系统的影响与激励频率取值有关;系统随着激励频率的变化会表现出不同的动态特性响应,包括单周期响应、多周期响应以及分岔和混沌响应。相关结论为进一步改善齿轮系统的设计和安装提供了参考。     

含间隙和时变啮合刚度齿轮传动系统的分岔和混沌

齿侧间隙和时变啮合刚度的存在,使齿轮传动系统中存在着丰富的非线性动力学行为。基于Poincare映射,建立了两自由度齿轮传动系统的数学模型,并通过数值仿真,说明了齿轮传动系统中存在着倍周期分岔、Hopf分岔和混沌等复杂的非线性现象。分析了系统参数对齿轮动力学行为的影响,进而为消除齿侧间隙和时变啮合刚度引起的非线性动力学行为指明了方向,为齿轮传动系统的优化设计奠定了基础。     

多路分流齿轮传动系统的非线性振动特性研究

由于齿侧间隙和时变刚度等因素的影响,导致多路分流齿轮传动系统在运转过程中表现出次谐、超谐和混沌等非线性振动特性。为确认不同振源激励产生的响应强度,需要开展多路分流齿轮传动系统非线性振动特性研究。在考虑齿侧间隙、时变刚度和综合传动误差等因素的情况下,建立多路分流齿轮传动系统非线性动力学模型,采用四阶变步长龙格-库塔数值法求解多路分流齿轮传动系统的非线性振动特性,获得不同状态下多路分流齿轮传动系统的位移响应时间历程、相图、庞加莱映射图和快速傅里叶变换频谱图。研究结果表明,在不同工况条件下,多路分流齿轮传动系统会出现简谐、超谐、拟周期、混沌等多种非线性振动形式。所做研究为多路分流齿轮传动系统的振动控制及动态分流均衡设计提供了参考。     

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。     

齿轮传动系统混沌振动的线性反馈控制

根据牛顿定律建立单级单自由度直齿齿轮传动系统的动力学方程,利用系统的分岔图、相图、时间历程图和Poincaré映射图分析齿轮传动系统在齿轮时变啮合阻尼变化下的分岔特性。通过对齿轮传动系统增加一个线性反馈控制器,利用它控制系统从混沌运动转化为稳定的周期运动。数值仿真表明随着齿轮时变啮合阻尼的增大,齿轮传动系统从混沌运动通过逆倍化分岔通向周期运动。线性控制方法在齿轮传动系统的混沌控制中是有效的和可行的,可利用适当的控制参数镇定系统中不稳定的周期轨道。     

故障参数下地铁齿轮传动系统的非线性动力学分析

斜齿轮传动是地铁传动系统中一种非常重要的形式,而且斜齿轮故障对地铁运行具有重要影响,为了探究故障参数对地铁齿轮系统非线性动力学的影响,建立了刚度故障和齿面故障参数地铁斜齿六自由度齿轮弯-扭-轴耦合模型,使用变步长四阶Runge-Kutta数值积分法对含有故障参数的齿轮动力学模型进行数值分析,得到系统的动态响应过程。借助速度-时间历程图、相平面图、庞加莱截面图、分叉图等系统状态判断标准,定性分析系统激励频率、故障参数变化下系统周期运动、拟周期运动和混沌运动的演化过程。结果表明,地铁斜齿轮故障参数在不同转速时影响不同。     

摩擦系数影响下非正交面齿轮传动系统非线性振动

为研究摩擦系数对非正交面齿轮传动系统的非线性动力现象的影响,本文根据集中参数理论,建立了考虑齿面摩擦、齿间间隙、传递误差、支撑刚度和阻尼等因素的非正交面齿轮传动系统的多自由度动力学模型,通过数值方法进行求解,得出随摩擦系数变化的系统动态特性。结果显示,随摩擦系数的变化,系统出现周期响应和混沌响应。     

CRH3型动车组牵引传动系统的直接转矩控制研究

为了研究高速动车组的具体模型结构及其牵引传动控制系统,采用直接转矩控制(DTC)系统控制异步牵引电机,建立了CRH3型高速动车组牵引传动系统的Matlab/simulink仿真模型,整流部分由四象限脉冲整流器输出3 000 V左右平滑的直流电压,逆变部分由直接转矩控制系统驱动牵引电机。该系统能根据CRH3型动车组的牵引、制动曲线模拟动车组牵引、惰行、制动等各种运行工况。整个运行过程中系统的谐波较小,电压/电流相位差基本能保持在同相或反相运行,功率因数基本接近1;在网压波动和突然失电情况下,机车也基本能保持恒速运行。最后,将该模型仿真结果与京津城际高速铁路的部分数据进行了对比验证。研究结果表明,该模型建模基本正确,同时系统具有良好的稳态和动态性能,验证了直接转矩控制方法的有效性。     

HA-自动变量马达在行走机械上的应用

介绍了采用HA控制方式的变量原理及负荷转矩、马达排量、牵引力的计算方法。通过计算及工地测试,证明采用了HA-自动变量马达的行走液压系统能根据负载的变化自动调节行走速度,保证牵引力符合施工要求,提高传动效率和生产率。     

开关磁阻电机恒加速度起动方案研究

针对开关磁阻电机起动/发电系统起动时转矩过冲导致的断轴问题,开展了SR电机起动特性分析,根据SR电机机械特性方程,建立了电磁转矩随负载转矩变化特性与转子加速度之间的关系。为了对SR电机进行非线性的调速控制,基于Ansoft分析得到的转矩、电流、角度二维表,对负载转特性已知情况提出了利用插值查表法的转矩控制恒加速度法;基于PID控制原理,对负载特性未知情况提出了一种PI参数和开通关断角随转速变化的PWM控制恒加速法。运用Matlab/Simulink建立了非线性模型,进行了起动加速阶段的仿真试验。研究结果表明,恒加速度起动方案能使输出转矩跟随负载转矩变化,有效提高SR起动/发电系统的可靠性。     

高速列车牵引电机的同步虚拟主轴控制

针对高速列车牵引电机的同步控制问题,分析了系统同步性对于列车运行状态的影响作,并比较了不同控制策略的优势与不足,提出了利用虚拟主轴控制满足列车牵引系统高同步性的需求的方案,在Matlab中结合传统的虚拟主轴控制理论及列车牵引电机实际运行情况,对传统虚拟主轴控制模型控制参数做出调整,对启动阶段的控制策略进行了优化,建立了一个包含四台永磁牵引电机的同步控制系统模型。利用所建模型分析了系统发生负载扰动,负载不平衡等情况下转速,转矩,转速差,转角差的变化情况,并分析了系统保持同步的临界条件。研究结果表明,将虚拟主轴控制策略应用在高速列车牵引电机的同步控制之中,有着同步性高、响应迅速等的优点,该控制策略有着良好的应用前景。     

基于模糊神经网络系统的三相感应电机矢量控制

为实现三相感应电机稳定控制,提出了一种基于自适应模糊神经网络推理系统（ANFIS）的感应电机矢量控制方法。ANFIS结合了模糊逻辑的调节能力与神经网络的自适应能力,被广泛的应用到电机的参数估计、转速、转矩和磁链控制中。在分析感应电机工作原理的基础上,推导出其数学模型,在Matlab/Simulink上采用基于ANFIS的矢量控制对三相感应电机进行系统仿真,仿真结果表明,该控制策略转矩波动小,转速响应快,具有良好的动态和静态性能。     

复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

复合地层掘进扭矩载荷突变是造成盾构机掘进过程中堵转停机的直接原因,考虑盾构机刀盘驱动变频调速电机特性、转矩传递过程中齿轮啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立冗余驱动的盾构机刀盘切削系统机电耦合动力学模型;针对典型复合地层地质条件,对盾构机在上软下硬地层掘进过程中刀盘驱动转矩动态特性进行仿真分析。结果表明,在软土体积百分比为70%复合地层中,掘进扭矩载荷显著高于50%软土百分比复合地层;盾构机在由50%软土百分比地层掘进进入70%软土百分比地层过程中,刀盘驱动电机负荷瞬间增大,甚至超出其工作极限,电机无法稳定工作,容易导致堵转发生,该结果可以部分解释我国昆明上公山隧道施工中频繁出现堵转事故的原因,为盾构机复杂地质条件下顺应性设计提供指导。     

A joystick driving control algorithm with a longitudinal collision avoidance scheme for an electric vehicle

In this paper, we develop a joystick manual driving algorithm for an electric vehicle called Cycab. Cycab is developed as a public transportation vehicle, which can be driven either by a manual joystick or an automated driving mode. The vehicle uses six motors for driving four wheels, and front/rear steerings. Cycab utilizes one industrial PC with a real time Linux kernel and four Motorola MPC555 micro controllers, and a CAN network for the communication among the five processors. The developed algorithm consists of two automatic vehicle speed control algorithms for normal and emergency situations that override the driver’s joystick command and an open loop torque distribution algorithm for the traction motors. In this study, the algorithm is developed using SynDEx, which is a system level CAD software dedicated to rapid prototyping and optimizing the implementation of real-time embedded applications on distributed architectures. The experimental results verify the usefulness of the two automatic vehicle control algorithms.     

Effect of the number of poles on the acoustic noise from BLDC motors

The goal of this study is to examine the effect of the number of poles on the noise from BLDC motors. To this end, the number of slots was fixed to six and the number of the poles was set to four or eight before noise was measured. Motors having different numbers of poles showed clear differences in noise; cogging torque, torque ripple and normal local force were interpreted, analyzed and compared to determine the reason for the differences. To conduct precise comparisons of noise, efforts were made to prevent changes in other variables when constructing the four-pole and eight-pole motors. Noise measurements were conducted after going through the above preparation. The results show that the eight-pole motor produced a lower noise level than the four-pole motor. To determine the cause of the noise, the cogging torque, torque ripple and radial local force were calculated, which are representative noise sources in BLDC motors, and FFT was performed to analyze their frequency components (harmonics). The calculations were made using a finite element method with the Maxwell stress tensor.     

超声电机伺服控制的研究评述

为改善超声电机性能,实现超声电机快速、准确、稳定的控制,对于超声电机的现有的伺服控制策略和方法进行评述和比较,并且根据超声电机运动机理不同于传统的电磁电机,具有复杂的动力学现象及时变、强非线性等特点,提出了基于参考模型的模糊神经网络控制方法、遗传算法或其他的组合控制方法将是适用于超声电机的控制策略。     

基于离散位置的永磁无刷电动机矢量控制系统

永磁无刷电动机以其高密度、高效率已成为电动轿车用驱动电动机的主流。针对车用工况对驱动电动机低速大转矩、高速恒功率宽调速以及低制造成本的要求,提出一种低成本、高性能永磁无刷电动机矢量控制方法。该方法在电动机起动和低速时,采用离散位置信号的矢量控制技术以保证可靠起动,高速时采用离散位置传感器获取连续位置信号的矢量控制技术以获得优越的高速性能。该方法在不增加永磁无刷电动机及其控制系统成本的前提下,克服方波电流换相控制弱磁调速范围窄的缺点,全面提高电动机在整个速度范围的性能。