齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

基于非线性自适应滤波算法的齿轮传动系统振动主动控制

为了削减齿轮传动系统的振动响应,提出了在靠近激励源处附加压电堆作动器同时抑制两对齿轮振动的双通道主动控制结构。鉴于Fx LMS自适应滤波算法对非线性系统应用的局限性,采用了一种非线性自适应滤波双线性Fx LMS(Bilinear Fx LMS,BFx LMS)算法。由于次级通道的准确性对于BFx LMS算法的控制性能有很大的影响,而应用较广的叠加噪声次级通道辨识技术会降低控制系统的效果,因此采用了一种直接估计误差技术对次级通道进行在线辨识,搭建了二级齿轮传动系统振动主动控制试验台,利用d SPACE作为控制器进行了半实物仿真试验。试验结果表明,在以两对齿轮啮合基频为衰减目标时,应用BFx LMS算法和Fx LMS算法控制的齿轮箱体上的振动都有明显的减弱,而BFx LMS算法在齿轮传动系统主动控制应用中有更好的控制效果,在第一对齿轮啮合基频处可以达到11 d B的衰减量,在第二对齿轮啮合基频处可以达到10 d B的衰减量。     

一种VSSFxLMS算法及其在多自由度微振动控制中的应用

FxLMS算法常用于自适应振动控制研究领域,其固定步长导致不能同时获得快的收敛速度和小的稳态误差。针对多自由度压电结构振动主动控制,提出一种改进VSSFxLMS振动控制算法,通过利用反余切函数的特性优化算法步长的迭代规律,有效提升算法对于噪声干扰的鲁棒性,并给出该算法的动态性能与稳态性能分析。以压电结构微振动多通道控制为目标,在ADAMS软件中建立结构微振动主动控制仿真模型,通过与SIMULINK联合仿真观察振动控制算法实施效果。构建了基于压电堆作动器的多自由度主动隔振结构,以及相关测控单元与实验系统,进行了结构微振动主动控制实验与结果分析,验证了所提出振动控制算法的良好控制效果和鲁棒性。     

FxRLS算法在齿轮箱振动主动控制中的应用

为快速且有效控制齿轮传动系统振动,提出一种以Fx RLS算法为控制策略的主动控制方法。以二级齿轮箱的振动为控制目标,构建以一组压电作动器为执行机构的主动控制结构,在Simulink中基于Fx RLS算法设计多输入、多输出的主动控制系统,将在ADAMS中建立的齿轮箱虚拟样机模型作为机械模块与主动控制系统连接以进行联合仿真,仿真结果表明所提主动控制方法在多个频率处都对二级齿轮箱的振动有超过5 d B的衰减,证明了所提控制方法的有效性,相比Fx LMS控制系统,Fx RLS控制系统具有更快的收敛速度,且能取得更好的控制效果。     

柔性板压电作动器的优化位置与主动控制实验研究

对柔性悬臂板主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中作动器采用压电形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian优化配置准则。仿真和实验结果显示,粒子群优化算法能够有效地对作动器的优化位置进行计算,尤其适用于多个作动器的位置优化问题,基于作动器最优位置的控制设计能够取得良好的控制效果。     

分散式自适应主动隔振控制算法研究

针对主动隔振中次级通道耦合会影响传统FXLMS算法稳定性问题,提出一种分散式解耦优化控制算法。主要是更新控制滤波器系数时忽略作动器与非临近传感器间的耦合,将多通道控制系统简化为多个并联的单通道控制系统,能降低算法运算量。但在一定程度上也会降低系统的收敛速度,为此,在辨识矩阵的估计模型中引入了作动器与非临近传感器之间的反馈补偿因子。仿真和试验结果表明,该算法可有效降低运算量,提高收敛速度和控制精度,双频线谱激励控制效果显著,振动衰减分别可达24.5 dB和12.4 dB。     

自适应主动振动控制仿真分析

在FxLMS自适应算法中,次级通道会影响输入信号自相关矩阵的可对角化性和特征值扩散度,从而影响算法的收敛速度。为了降低次级通道对输入信号的影响,加快算法的收敛,提出将改进的FxLMS算法—SOFxLMS算法应用于振动主动控制研究中。在Simulink中分别搭建基于两种算法的主动振动控制仿真结构,基于系统稳定的前提,在相同条件下对两种算法进行仿真对比分析。仿真结果表明:在迭代步长较大、滤波器阶数较少的条件下,SOFxLMS算法具有更好的振动控制效果。     

悬臂Kagome夹心板独立模态空间振动控制研究

针对悬臂板挠度大、低频振动突出问题,对悬臂Kagome夹心板的振动主动控制进行研究。建立结构及压电作动器有限元模型;将独立模态空间控制与模态观测器相结合,提出悬臂Kagome夹心板的主动控制策略;针对突风载荷作用下夹心板基于独立模态空间的振动控制进行仿真,重点研究观测器极点对控制效果影响。结果表明,所提控制方法能显著提高悬臂Kagome夹心板结构的阻尼特性,观测器衰减系数越大控制效果越好;该夹心板在振动控制方面较传统板结构优势明显。     

弹性支承下弧齿锥齿轮系统参数平面中的域界结构研究

弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动分析属于高维非线性动力学问题,其参数平面中的域界结构研究对实施振动抑制与控制具有重要意义。以某新型航空发动机的中心轴弧齿锥齿轮传动系统为研究对象,建立了7自由度非线性动力学模型。采用Adomian分解算法求解振动方程的分级响应。基于胞映射和庞加莱截面的思想,在支承刚度与啮合频率、支承阻尼与啮合频率以及支承刚度与支承阻尼所构成的参数平面中,分析了弧齿锥齿轮非线性系统的不同周期振动之间以及周期振动和混沌振动之间的域界。借助平面域界图,研究了参数平面内系统振动分岔类型与分岔结构。研究结果为弧齿锥齿轮系统的支承参数设计与振动主动控制提供了依据,并可根据系统参数所处的范围对弹性支承下弧齿锥齿轮系统的振动形态进行预测。     

基于可控性柱面网壳结构主动控制作动器布置的优化研究

利用磁致伸缩材料的磁控特性制作的作动器可以对结构进行主动控制。首先分析了这种作动器的工作原理和设计方法,并通过实验对其进行了输出性能测试。接着在对作动器进行动力学建模的基础上,推导出整个柱面网壳结构的作动控制方程,同时基于作动效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,并且在综合考虑控制效果系数、硬件成本和系统复杂性等因素的基础上,初步确定了作动器的数量,然后采用遗传算法,对作动器的布置位置进行了优化。最后利用LQR主动控制算法,对一柱面网壳模型结构进行了主动控制分析。结果表明,通过优化布置的作动器能够有效地减小结构的动力反应,是一种较好的主动控制方法。此外,主动控制模拟结果也验证了应用遗传算法优化此类问题的优越性和可靠性。     

基于NAF-FxLMS控制器的垂尾抖振主动控制

将加速度负反馈(negative acceleration feedback,NAF)控制器与最小均方自适应滤波(filtered-x least mean square,FxLMS)算法相结合,提出了一种改进的反馈式次级通道阻尼补偿方法,来提高FxLMS控制器的性能。针对垂尾模型低阶模态抖振响应的控制问题,设计NAF控制器对次级通道进行反馈式阻尼补偿,建立了多模态的NAF-FxLMS控制器,随后开展垂尾抖振响应主动控制的地面模拟实验。实验结果表明,相比于单独的FxLMS控制器或NAF控制器,NAF-FxLMS控制器对垂尾抖振响应具有更好的控制效果。     

一种用于自适应有源噪声控制的在线次级通道建模方法

针对前馈式自适应有源降噪系统次级通道在线建模问题,首先分析比较已有的在线次级通道建模方法,给出了各自的优缺点。在此基础上提出了一种基于Fx LMS算法的在线次级通道建模方法,该方法使次级通道建模步长随干扰信号和建模白噪声信号功率自适应更新,降低了初级噪声对建模的不利影响,并利用误差信号相关值和初级噪声能量来更新控制滤波器步长,有效降低了突发随机噪声对系统稳定性的影响。计算机仿真结果表明,该方法显著提高了次级通道模型的精度和系统收敛速度,取得更好的降噪效果。     

磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

 In order to effectively control the low frequency vibration of ship machinery,a passive-active hybrid vibration isolation mount using maglev actuator was designed. Maglev actuator is excellent for active vibration isolation, with non-contact structure, low stiffness and rapid response. However, the actuator’s nonlinearity has to be restrained by control algorithm. The nonlinearity of maglev actuator was analyzed, the nonlinear reverse model of actuator was built through theoretical analysis and experimental correction, and an improved FxLMS algorithm based on reverse model linearization and frequency range division control was put forward, which has the advantage of low computation load for real time control. Experiments were performed on a multiple-DOF active vibration isolation system, results show that the improved FxLMS algorithm could effectively reduce the vibration energy at targeted frequency, and well restrain the nonlinearity-induced vibration.  

      

混合轴承多跨转子多频轴承传递力自适应控制

介绍了一种基于电磁执行器动力特性可控的混合轴承结构;用有限元法建立了多跨转子系统的动力学模型,分析了转子通过轴承给基础的传递力及传递力控制的原理;基于自适应最小均方算法,提出了一种基于误差信号子带滤波,由多个单频力控制器并联而成的变步长自适应轴承传递力控制器;以双轴多跨转子系统为例对轴承传递力主动控制器的有效性进行了理...     

声振主动控制系统中误差通道的在线辨识问题

声振主动控制系统中误差通道的存在是影响系统稳定性和控制效果的关键因素,它直接影响控制系统的收敛性和控制的有效性.在系统参数慢时变或近似不变的情况下,对误差通道离线辨识能大大简化控制算法.然而在很多实际的声振控制系统中,被控系统特性和参数经常是时变的,误差通道的在线辨识便成为主动控制研究中的关键所在.在线辨识算法有很多,结合在线辨识功能的自适应控制种类就更多.通过对声振主动控制领域中的已有的误差通道在线辨识技术进行分析与比较,指出其各自的优缺点,并提出其中值得研究的若干问题,以期有助于今后的进一步深入研究.     

新型智能隔振复合结构的动态特性研究

针对精密机械的微位移隔振问题,设计了一种以PVDF压电薄膜为作动器和传感器的新型智能隔振复合结构。根据压电方程推导出了层叠式PVDF压电薄膜作动器厚度变形量表达式,建立了该智能复合结构的隔振理论模型,采用LMS自适应控制算法,以Matlab和有限元混合建模分析方式对本智能隔振复合结构的动态特性进行研究。有限元模型的分析结果与Matlab计算数据一致,验证了本新型智能隔振复合结构对微位移隔振的有效性,其结论将为精密仪器、微纳米设备的微位移智能主动隔振奠定理论基础。     

Vibration signal modeling of a planetary gear set for tooth crack detection

In a planetary gearbox, there are multiple vibration sources, and the transmission path of vibration signals changes due to the rotation of the carrier. This study aims to model the vibration signals of a planetary gearbox and investigate the vibration properties in the healthy condition and in the cracked tooth condition. A dynamic model is developed to simulate the vibration source signals. A modified Hamming function is proposed to represent the effect of the transmission path. By incorporating the effect of multiple vibration sources and the effect of transmission path, resultant vibration signals of a planetary gearbox are obtained. Through analyzing the resultant vibration signals, some vibration properties of a planetary gearbox are revealed and the fault symptoms of sun gear tooth crack are identified and located. Finally, the proposed approach is experimentally verified.     

基于系统相似方法的叠堆型压电驱动器非线性动力学建模及实验研究

根据机械系统与电气系统的相似方法,将叠堆型压电驱动器的非线性电-机械耦合模型完全转换到电气域内,建立了其非线性相似电路模型;给出了非线性相似电路模型中迟滞因子的辨识方法,并对某款商用叠堆型压电驱动器进行了迟滞因子的辨识试验;基于非线性相似电路模型和迟滞因子的辨识结果,对该款叠堆型压电驱动器的非线性特性进行了仿真分析,得到了其非线性位移迟滞回线;仿真结果与试验结果吻合,证明了该建模过程与辨识方法的正确性。该建模方法在电气域内对叠堆型压电驱动器电-机械耦合特性及非线性迟滞特性进行描述,建模过程物理意义清晰且简单实用,对于研究压电驱动器的动态特性及控制算法具有实际意义。     

带齿轮副船舶推进轴系动态响应仿真研究

为更好分析及准确判断船用齿轮箱故障,以某江海直达货船推进轴系为研究对象,建立带齿轮副推进轴系的扭转振动模型,运用齿轮副时变啮合刚度理论计算方法,分析齿轮副在故障态下啮合刚度的变化,拓展传统推进轴系瞬态响应计算。基于有限元分析与信号处理软件得到考虑时变啮合刚度时正常态与故障态下带齿轮箱推进轴系瞬态响应频谱,并分析频谱中故障频率的成分与特点,为完整推进轴系齿轮副故障分析提供依据。