提高直接驱动电动机系统刚度的机电一体化设计

直接驱动电动机具有结构简单、控制性能高的特点 ,但扰动转矩直接影响其控制性能 ,较高的伺服刚度是减小转矩扰动对控制精度影响的有效手段。然而 ,过高的刚度会使被控直接驱动电动机系统不稳定 ,甚至产生振荡。设计一种电流变可调阻尼器 ,直接附加在电动机的转轴上 ,通过外加电压可以调节电流变阻尼器的阻尼系数 ,从而可以提高系统的刚度而又不会引起系统的振荡。推导了电流变可调阻尼器的阻尼系数模型 ,并通过位置式PD控制直接驱动电动机系统的数值仿真 ,验证了上述基于电流变可调阻尼器的直接驱动电动机系统刚度提高设计方法的有效性。     

大型射电望远镜悬索馈源支撑系统静刚度分析

针对大射电望远镜(LT)悬索支撑系统特殊的结构形式,对6索组成的馈源支撑系统的静刚度进行分析。首先,对舱索系统静平衡方程沿馈源舱运动方向上求导,同时考虑到悬索刚度随其应力变化而呈现几何非线性的特点,给出了馈源支撑系统静刚度的公式。其次,在上面结果的基础上,分析了一个定点位置下馈源舱在外界扰动下的振动情况,通过与大型射电望远镜50 m室外模型振动试验结果相比较,说明了静刚度求解方法的有效性。最后,给出了大型射电望远镜50m模型馈源舱运动空间边缘的悬索应力与馈源支撑系统刚度的关系。     

电流变阻尼器设计及在结构减振上的应用

在一类电流变液研制的基础上，根据结构减振及振动控制的要求和电流变液的性能特点，设计出了三种电流变阻尼器，并应用于不同的结构减振实验中，取得了很好的效果。研究中发现，电流变阻尼器的减振效果主要由阻尼效应和附加刚度引起的移频作用所致，减振效率依赖于电流变液的性能和阻尼器的结构设计。     

电流变阻尼器的频率自适应减振控制

在分析了影响电流变阻尼器的粘性阻尼和屈服阻尼的诸多因素后，提出利用多层电极结构来扩大阻尼器的可控范围。研制了一套可测试电流变阻尼器阻尼系数、响应时间和耗散功率的静特性测试系统。为了充分利用阻尼器的可控范围，对阻尼器与减振系统的匹配设计进行了研究。针对电流变阻尼器的阻尼力具有非线性的特点，提出了以平均阻尼匹配减振系统最佳被动阻尼的设计准则。最后利用电流变阻尼器对双层隔振系统，以正弦扫频信号作为激励，通过在线主导频率的识别，进行了自适应阻尼减振控制试验，结果表明共振频率和高频的振幅减振效果均达到３０％以上。     

电流变技术在机床切削颤振控制中的应用

根据电流变液体的优良力学性能和剪切模式电流变液阻尼器的工作原理,设计了一基于剪切模式的电流变阻尼器,在此基础上设计了一个颤振控制专用刀座系统.对这个系统进行了动力学模型的建立和分析,最后通过计算机仿真表明通过控制电流变阻尼器的电场强度可以很方便地调节系统的阻尼率,大幅度地减小振幅,能有效地抑制切削颤振的发生.     

模糊控制在大射电望远镜中的应用

针对大射电望远镜悬索粗调系统为一非线性慢时变大滞后系统的特点,提出采用模糊控制来实现馈源轨迹跟踪策略,并与工程上广泛应用的PID控制进行了对比研究,通过对阶跃信号响应的数值仿真,证明了模糊控制在大射电望远镜工程中应用的可行性。     

大射电望远镜新构型的结构优化设计、虚牵索的抑制分析及风致振动实验研究

大射电望远镜馈源柔索支撑系统是一类大跨度柔索并联机器人(WDPR)。为了抑制悬索虚牵和馈源舱的风致振动,提出了在此机器人的动平台上增加盛液容器的结构新方案。首先,运用Guldin定理确定轮胎状附加容器中液体体积在并联机器人的不同俯仰角度处的静态分布规律,进而建立此机构的力学模型;其次,建立WDPR非线性两层优化模型,并应用遗传算法获得LT500 m附加容器结构的优化参数;最后,从数值分析和实验两种途径分别检验新方案克服悬索虚牵和抑制风振的效果。分析与实验结果表明与原构型相比,该结构方案能够抑制悬索的虚牵和风致振动。     

基于电流变液的机械臂控制系统设计与仿真

电流变液作为可变粘性阻尼器可实现系统的抑振控制,对基于电流变液的单一自由度机械臂进行半闭环控制系统研究,机械臂系统包括:驱动电机,谐波传动,执行机构和电流变阻尼器.并通过极点配置的方法计算阻尼系统和控制系统参数.通过Matlab平台进行仿真计算可以看出:电流变液作为可变阻尼可明显的抑制共振/反共振的现象.并将这种新型控制系统与传统PD控制系统进行对比分析,可以看出电流变液作为可变粘性阻尼器对抑制干扰和振动起到重要的作用.     

基于ISA总线的八轴联动伺服控制卡在大射电望远镜悬索馈源系统中的应用

针对大射电望远镜悬索馈源系统50m模型的控制要求及特点,设计了八轴联动伺服控制卡,将控制算法交由主控机软件实现。对该控制卡的各组成部分进行了详细说明,并且给出了软件设计思想,该伺服控制卡在LT模型实验中取得了良好的效果。     

附加被动控制索系的柔索并联机器人的优化设计和振动分析

大射电望远镜馈源支撑系统是一类欠约束型索牵引并联机器人.对附加被动控制索系的此并联机构首次从整个工作空间优化设计的角度建立其优化模型, 并用实验和数值仿真验证其抑振的有效性.首先,基于动平台的非线性静平衡方程提出系统的两层规划模型;其次,在iSIGHT软件平台上对LT5 m被动控制构型的设计参数进行优化求解;最后,通过数值仿真及实验分别比较有无附加被动控制索系结构的振动特性.结果显示,仿真与实验结果的最大振幅基本一致,LT新构型可以显著抑制系统的风振.研究结论为欠约束型WDPR(wire driven parallel robot)系统的减振提供新思路,并对LT500 m工程的结构设计有很好的借鉴作用.     

基于电流变效应的车削颤振预报控制技术的研究

将电流变减振技术引入机床切削系统,研制了车床横刀架电流变液减振器。通过流变学动态模量测试方法,求得了该系统的附加阻尼和附加刚度,并对该系统振动响应特性进行了理论分析。研制开发了基于电流变效应的车削颤振预报控制系统。预报控制试验结果表明,利用该系统可以对机床切削颤振实施有效的预报控制。     

Modelling of viscoelastic damper support for reduction in low frequency residual vibration in machine tools

Residual vibrations deteriorate the accuracy and productivity of precision machine tools. Rocking vibration is excited by feed motion. Rocking vibration is the mode in which the entire machine vibrates and is the main source of residual vibrations at low frequencies. The characteristics of rocking vibration are influenced by the characteristics of the machine support structure. Thus, it is necessary to increase the damping of the machine support structure to reduce the residual vibrations caused by rocking vibration. In addition, it is important for machine tools to be stiff to reduce vibrations caused by the acceleration of feed drives. Conventional passive damper supports decrease the stiffness of a machine support structure while increasing the damping. Consequently, a passive viscoelastic damper system is developed to increase support damping without decreasing stiffness by focusing on the horizontal component of rocking vibration. However, the proposed damper damping capacity has a magnitude dependency. This makes it difficult to quantitatively determine the damper area in machine tools to reduce rocking vibrations to the required level. In this study, the developed damper is modeled using a viscoelastic four element model. Because of the nonlinearity of the model, an iterative time domain calculation method is introduced for the simulation. This method enables us to quantitatively estimate the effect of the damper on the machine tool. Based on the model proposed in this study, the proposed damper system can be applied to various machine tools to reduce the residual vibration without adjusting the damper area on the machine tool by a trial and error method.     

用于管道减振的新型动力吸振器

设计了一种适用于管路系统减振的弹簧片式动力吸振器。该吸振器在结构上采用螺栓与管路进行连接,采用弹簧片-质量块构成弹簧-质量系统对振动进行吸收,具有结构简单、调频和安装方便的优点。对动力吸振器进行了结构设计并进行了参数选择,建立管路有限元模型分析了安装减振器前后系统的谐响应,最后进行了实验验证。实验结果表明,动力吸振器将共振频率下的振动降低了90%以上,与相同质量大小的质量块的减振效果的比较表明,吸振器的减振效果明显优于质量块的减振效果。     

电流变减振器用于铣床振动控制的试验研究

试验研究了电流变减振器在铣床颤振控制中的应用。试验发现，电流变减振器的刚度及阻尼随外加电场强度的增加而增大，主振系统的振幅随电场强度的增加而减小。试验表明电流变减振器具有控振效果明显、结构简单的特点。只要场强选取适当，采用电流变减振装置可以控制铣床刀杆系统的颤振。     

电流变液减振器在抑制深孔切削颤振上的研究

针对深孔机床切削中的颤振问题,设计了一套基于流动模式的电流变液减振器,分析了电流变液减振器的阻尼力并得出其表达式;又通过对切削颤振产生原因的分析,推导出瞬时动态钻削力的表达式;并在研究了深孔机床切削过程的基础上,建立了切削系统动力学模型,得出安装电流变液减振器后的动力学方程。在给定动力学方程中的参数值后,通过计算机仿真,对比安装和未安装电流变液减振器后的振动时域图,时域图表明电流变液减振器能有效地抑制深孔机床的切削颤振。     

STUDY ON ELECTRORHEOLOGICAL FLUID DAMPER FOR APPLICATION IN MACHINING CHATTER CONTROL

The electrorheological fluid(ERF)is a kind of intelligent material with bright prospects for industry applications, which has viscoelastic characteristic: under the applied electric field. The dynamic model of a milling system with an ERF damper is established, and the chatter suppression mechanism of the ER effect is discussed theoretically. Both the theoretical study and the experimental investigation show that the additional damping and additioaal stiffness produced by the ERF increase with the rise in the strength of electric field E, but their influence on the cutting stability is different. Only when both additional damping and additional stiffress cooperate, the milling chatter can be suppressed quickly and effectively. In additional, an ERF dumper used on the arbor of horizontal spindle milling machine is developed, and a series of milling shatter control experiments are performed. The experimental results show that the milling chatter can be suppressed effectively by using the ER damper.     

自耦合电流变阻尼器及其性能

电流变液与压电陶瓷组合的阻尼器是一种自耦合阻尼器。对直压式自耦合电流变阻尼器的性能进行了理论计算,并制作了直压式自耦合电流变液阻尼器。性能测试表明:压电陶瓷激励了电流变液;电流变液阻尼的变化改变了阻尼器的共振频率,并使振动幅度降低最高达30％。     

风洞模型主动抑振器的设计与实验

研究了风洞模型主动振动的抑制原理,并结合叠堆式压电陶瓷作动器的压电效应设计了一套并联式主动抑振器。首先,针对模型支杆系统及其动力学特征,分析了支杆抑振原理,提出了一种基于叠堆式压电陶瓷作动器的风洞模型抑振器。然后,构建了抑振器实时控制系统,针对其驱动位移滞后的特点,研究了基于PD调节器的控制方法。最后,搭建了地面实验平台,利用锤击法和激振法对抑振器进行了地面实验。实验结果表明:抑振器具有提高支杆系统阻尼的能力,对风洞模型在俯仰和偏航两个方向上的抑振效果明显,特别是俯仰方向上,抑制器工作后系统阻尼比可由0.009提高到0.092,抑振后剩余振幅比例约为25%。试验结果验证了该风洞模型主动抑振器的可行性与有效性。     

转子电流变阻尼器系统振动模糊控制的实验研究

电流变液是一种智能材料 ,它具有控制方便、反应快等特点 ,适合于振动控制方面的应用。本文针对摩擦板式电流变阻尼器转子振动系统设计了自适应模糊逻辑控制策略 ,进行了转子系统振动主动控制的实验研究 ,验证了自适应模糊控制方法的有效性。实验表明 ,模糊逻辑控制方法具有算法实现简易、善于利用专家的经验以及自适应能力强等诸多优点 ;转子电流变阻尼器振动系统在模糊逻辑控制器的控制之下 ,不但一阶临界振动得到有效抑制 ,而且其它转速下的振动幅值也大大降低