Synchronization of two non-identical coupled exciters in a non-resonant vibrating system of plane motion

In the average method of modified small parameters, the synchronization of two coupled exciters is converted to a problem on the existence and stability of zero solutions for the average differential equations of small parameters over the average period of two exciters. To implement frequency capture, the torque of frequency capture should be greater than or equal to the absolute value of the difference between the residual electromagnetic torques of the two motors. Because each exciter is involved in the motion of the vibrating system it has excited, its relative moment of inertia is reduced. The reduction is proportional to half its coefficient of cosine effect of phase angles (CCEPA). Because one of the exciters is involved in the motion excited by the other, a coupled moment of inertia exists for the two exciters. The stability of the synchronization of the two exciters is affected by the reduction of their relative moments of inertia and their moment of coupling inertia. For the synchronization to be stable, two conditions must be satisfied: (1) the non-dimensional relative moments of inertia of the two exciters are all greater than zero, and (2) four times the product of their non-dimensional relative moments is greater than the square of the coefficient of coupled cosine effect (CCCPA). The stability of synchronization depends solely on the ratios of the masses of the two exciters to the mass of the vibrating system and the ratio of the distance between one exciter and the centroid of the rigid frame to the equivalent rotating radius of the vibrating system about its centroid of the rigid frame, and is independent of the parameters of the two induction motors.     

自同步振动系统的动力学耦合特性及实验

为了研究双机驱动自同步振动系统的动力学耦合特性,引入两个激振器的平均角速度和相位差两个参数,对振动系统的参数进行无量纲化处理,得到振动系统的同步性条件和稳定性条件。定量分析了振动系统两个激振器的动力学耦合特性,发现系统的频率俘获力矩与相位差正弦值乘积的一半以阻力矩形式加在相位超前的电动机上以降低其角速度,另一半则以驱动力矩形式加在相位滞后的电动机上以增加其角速度。同步实验台振动系统的实验验证了该理论分析的正确性。     

Vibratory synchronization transmission of two exciters in a super-resonant vibrating system

In this study, vibratory synchronization transmission (VST) of two exciters is investigated in a super-resonant vibrating system to save energy. First, the frequency capture equation of two exciters (FCETE) is deduced by the average method of small parameters. The criterion of VST being the equivalent effective residual torque of motor with power supply should be smaller or equal to the frequency capture torque of the system by setting the disturbance parameters of angular velocities in FCETE to zero. The stability criterion of synchronous states is derived by complying with the generalized Lyapunov equations. Lastly, experiment and computing simulation on VST are conducted. The VST regime of two exciters is discussed in detail from coupling characteristic, current change, visual picture, phase relation, and direct verification of parameters, respectively by comparison and analyses of corresponding data. Results indicate that the key factor in VST implementation is the torque of frequency capture, which serves as the ‘vehicle’ in transferring energy. Thus, the distance between rotational centre of each exciter and mass centre of the rigid frame should be far enough to enhance the ability of VST and ensure energy saving. The theory, experiment, and computing simulation prove that the theoretical approach used in this study is useful and feasible.     

三激振器振动系统的振动同步传动

在振动同步理论研究中,存在着一种特殊现象,无直接驱动源的激振器仍能跟随其他有源驱动的激振器进行同步运转,称之为振动同步传动。针对三机驱动水平放置的振动试验台,应用Lagrange能量方程建立动力学模型,根据线性叠加原理得到系统稳定时的响应,利用时间双尺度法获取系统的平均力矩平衡方程,并给出了系统实现振动同步和振动同步传动的同步性判据及同步状态与振动同步传动状态下的稳定性判据。在供电频率50Hz的试验条件下,测得电机2及电机3断电前后系统稳态时的激振器相位差,验证了理论推导的正确性,为振动同步传动理论在多机振动同步机械上的应用提供了依据。     

同向回转双机驱动振动系统的自同步特性

采用了一种新的分析方法研究同向回转双机驱动振动系统的自同步特性,通过引入激振器平均角速度和相位差的两个小参数,对振动系统的参数进行无量纲化处理,提出了频率俘获力矩的概念,得到了振动系统的频率俘获方程,把同步问题转化为频率俘获方程零解的存在和稳定性问题。计算机仿真结果表明,当振动系统的参数满足频率俘获和自同步稳定运转的条件时,振动系统能很快实现频率俘获并达到稳定的自同步运转状态,验证了理论分析的正确性。     

非线性耦合同向回转的双偏心转子振动系统同步行为研究

随着振动系统逐渐朝着大型化、重型化的方向发展,大激振力振动系统是未来发展一个较热的趋势。基于这一特殊背景,提出了非线性（拉簧）耦合同向回转的双偏心转子振动系统及其同步问题。首先基于拉格朗日方程建立了系统动力学方程;随后采用运动分离法建立系统慢变参数的积分方程,推导出了系统实现同步的同步条件和稳定性准则;其次,通过数值分析研究了系统结构参数对系统同步能力及同步特性的影响;继而,采用龙格库塔法建立了非线性耦合同向回转的双偏心转子振动系统的机电耦合仿真模型,开展了系统的同步状态与系统机电耦合的动力特性的仿真分析;最后设计了相关试验装置,开展了同步试验测试。研究结果表明,系统的同步行为主要受拉簧和支撑弹簧的刚度系数、激振电机的位置参数等的影响;激振电机的相位差随着拉簧刚度系数的增加逐渐稳定在零度附近,相应地系统同步状态从反相同步逐渐变成同相同步,理论研究和试验结果能较好吻合。所有研究为研发高效节能的大型振动机械提供指导作用,同时研究成果也对振动同步领域共性问题的解决具有促进作用。     

单质体非线性系统谐波锐共振的谐振同步分析

基于单质体非线性系统的动力学模型,推导出系统在谐波锐共振(主共振频率比z=0.95～1.05)情况下,反向回转的双激振电动机在平衡奇点处的谐振同步条件。并通过数值仿真,研究在不同初始条件下,推导的谐振同步条件的正确性。理论推导过程和仿真试验结果及实际试验数据表明:在系统特性参数保持一定的情况下,单质体非线性系统谐波锐共振的谐振同步现象与系统的谐波锐共振阶次p/q、谐振同步阶次n/m有直接关系,且只有当参与激振的两电动机在符合一定的系统特性条件下的某p/q及n/m比值处,方可出现谐振同步现象,并且主振同步远比谐振同步容易实现。为进一步开发高效的非线性锐共振振动机,提供理论支持和试验依据。     

多缸调平系统模糊相邻耦合同步控制研究

针对调平系统的多液压缸同步控制研究,提出了一种基于模糊相邻耦合的控制方法。首先对调平系统受力及多缸控制系统进行分析,建立控制对象的非线性数学模型。对相邻耦合控制器进行设计,使用补偿器将相邻两根液压缸位置同步误差融合到液压缸控制器中,对于难以通过常规方法精确获得的补偿系数,使用模糊PID控制算法获取。通过MATLAB仿真和实验对模糊相邻耦合的同步控制方法进行测试,并使用主从同步控制方法进行对比分析。结果表明,使用模糊相邻耦合同步控制时,四根液压缸误差波动较小,并且在液压缸加减速阶段能快速将误差降低,具有较好的同步控制性能。     

Synchronization controller design of two coupling permanent magnet synchronous motors system with nonlinear constraints

In this paper, two coupling permanent magnet synchronous motors system with nonlinear constraints is studied. First of all, the mathematical model of the system is established according to the engineering practices, in which the dynamic model of motor and the nonlinear coupling effect between two motors are considered. In order to keep the two motors synchronization, a synchronization controller based on load observer is designed via cross-coupling idea and interval matrix. Moreover, speed, position and current signals of two motor all are taken as self-feedback signal as well as cross-feedback signal in the proposed controller, which is conducive to improving the dynamical performance and the synchronization performance of the system. The proposed control strategy is verified by simulation via Matlab/Simulink program. The simulation results show that the proposed control method has a better control performance, especially synchronization performance, than that of the conventional PI controller.     

多锤联动系统的振动耦合理论及试验研究

针对多锤联动时出现耦合问题,对"锤—桩—土"系统进行合理简化,在此基础上以两台桩锤联动为对象建立打桩过程中的动力学数学模型,并由此构建系统的机电耦合方程,然后利用小参数周期平均法对机电耦合过程中电动机的负载转矩进行近似解析,得出系统运行过程中电动机负载转矩的影响因素、平衡方程及机电耦合强度表达式,揭示系统出现耦合现象的机理。利用Matlab/Simulink建立仿真模型并对系统机电耦合过程进行数值仿真,得到系统在不同电动机转速、初始相位差及土壤参数下的机电耦合过程及基本规律。最后通过实际打桩试验验证数学模型、理论推导及仿真结果的正确性。这些结论为电控联动方式的控制策略制定提供理论依据,也为机械联动结构设计及"机械—电控"复合联动方式的工程应用提供参考。     

Finite-time master–slave synchronization and parameter identification for uncertain Lurie systems

This paper investigates the finite-time master–slave synchronization and parameter identification problem for uncertain Lurie systems based on the finite-time stability theory and the adaptive control method. The finite-time master–slave synchronization means that the state of a slave system follows with that of a master system in finite time, which is more reasonable than the asymptotical synchronization in applications. The uncertainties include the unknown parameters and noise disturbances. An adaptive controller and update laws which ensures the synchronization and parameter identification to be realized in finite time are constructed. Finally, two numerical examples are given to show the effectiveness of the proposed method.     

基于自适应反演的超细金刚线张力控制系统

针对多线切割机张力控制系统存在库仑摩擦和摆角耦合等较强非线性特征,以及收放卷轮直径变化引起的参数不确定问题,提出了一种基于自适应反演的非线性补偿控制方法。该方法结合实验辨识和自适应参数控制器设计方法分别对多线切割机的多轴电机同步运动控制系统和不确定系统参数进行简化分析和在线估计,使用李雅普诺夫稳定性理论保证了系统全局渐近稳定性以及系统状态的有界性。仿真和实验结果表明,所设计的自适应控制器可以实现多轴同步运动,并将张力摆角控制在较小的范围内,获得更高的张力控制精度。     

液压驱动控制的偏心回转系统同步特性

以液压振动桩锤这种大功率惯性振动机械为对象,用机电液耦合动力学理论研究液压驱动控制的偏心回转系统的自同步特性问题。建立无相位差监控的惯性振动机同步系统的机电液耦合模型,对该模型进行仿真研究,分析摩擦转矩、动刚度、动阻尼、激振器结构参数和液压马达泄漏等各种因素对自同步系统稳定工作过程和过渡过程的影响。建模和仿真结果显示,上述各种因素之间及其与振动机的机体之间相互影响、具有复杂的耦合关系,可以通过修正阻尼、刚度、泄漏系数及激振器结构参数等,来提高同步效果,其中刚度和泄漏系数调节效果最明显。研究表明,建模仿真正确反映了上述各种因素影响与振动机的机体之间的耦合关系,对于优化液压驱动的振动机械机电液系统设计具有理论指导意义。     

工程机械液压底盘模拟实验台双马达同步技术研究

单变量泵驱动双变量马达速度同步控制系统是一个具有耦合、非线性特点的多输入多输出系统，也是工程机械液压底盘模拟实验台研制中的技术难点。提出了一种基于流量均衡控制与压力、速度之和反馈相结合的控制策略。仿真验证表明，采用该方案控制下的单泵双马达系统即使在经受不同载荷干扰时也能保持系统稳定，并可快速同步到设定的速度。该方法无需解耦，简单易行，适用于工程车辆同步控制。     

基于广义预测相邻耦合理论的多点顶推系统同步控制策略

针对多点顶推系统的同步控制问题,提出了一种广义预测相邻耦合同步控制策略。根据多变量广义预测理论,建立了多缸电液伺服系统的CARIMA模型。结合相邻耦合控制理论,构造了同步误差观测器,预测了同步误差。对广义预测控制算法进行了改进,在性能指标中嵌入跟踪误差与同步误差及其差分量,确保同步误差与跟踪误差在全局范围内并渐进收敛于零。实验表明该策略较之主从式PID控制策略,具有更好的跟踪性能和同步性能。     

精密伺服锻压机双电机同步控制方案分析

针对新型伺服锻压机存在电机精确同步的瓶颈问题,引入了双电机交叉耦合同步控制方案.该方案将主、从电机的电流进行比较,得到了一个差值作为从电机的附加反馈信号.从电机根据这一附加反馈信号对自身的速度进行了动态调整,从而获得了较好的同步精度.先从理论角度对比分析了主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案两者的控制效果以及存在的问题.接着分别使用主令双电机同步控制方案和交叉耦合双电机同步控制方案控制锻压机执行相同的工艺曲线,通过实验对比分析了两种同步方案下的耦合误差和两电机的扭矩曲线.研究结果表明,在紧耦合的双电机系统中,交叉耦合双电机同步控制方案能满足系统的位置和扭矩同步要求,两电机的同步误差在0.35°以内.     

基于均值耦合的多液压缸位置同步控制

针对多液压缸位置同步控制系统存在的耦合作用及偏载问题,提出一种基于均值耦合的同步控制策略,其控制思想为:控制器不仅要考虑自身的跟随误差,还要考虑与其余n-1个液压缸的同步误差,然后将得到的耦合误差通过模糊PID控制算法对回路进行在线调整,实现4液压缸升降平台的同步控制.最后,通过AMESim/Simulink联合仿真验...     

两非对称液压缸同步举升系统的自适应跟踪控制

针对由两个非对称液压缸组成的电液伺服同步举升系统,首先建立了该系统的非线性耦合模型,并在该模型的基础上设计出一种鲁棒自适应跟踪控制器。该控制器利用多变量后推设计方法实现了液压缸对目标轨迹的跟踪控制以及同步控制,并结合参数自适应律解决系统中某些参数的不确定性问题。整个控制律的设计过程通过Lyapunov函数方法保证系统的稳定性。为验证该控制律,使用AMESim软件构建两非对称液压缸同步举升系统仿真模型,仿真结果验证了提出方法的有效性。     

不同液压能耦合模式下蓄电池轨道工程车的加速功率特性

为降低轨道工程车辆加速时的电功率,以电静液压串联混合动力系统为研究对象,提出基于泵进出口压差调节的泵入口流量耦合加速方式。分析了泵入口流量耦合、泵出口流量耦合、并联马达扭矩耦合三种加速方式下系统液压参数和动力学参数对电功率的影响关系,探讨了不同液压能耦合模式下轨道工程车加速时的节能特性。AMESim与MATLAB/Simulink联合仿真和实验结果表明：在并联马达扭矩耦合与泵入口流量耦合模式下加速时降低电功率和节能效果明显,但前者存在较大的系统冲击,对车辆底架空间要求更严苛,成本更高,而泵入口流量耦合模式则兼具较好的节能性、稳定性及经济性,具有更好的综合性能。     

气体轴承转子系统低频耦合涡动特性控制的试验研究

根据轴承转子系统的耦合调频原理,结合工程稳定性判别准则,对动静压混合气体轴承及转子系统的低频耦合涡动特性进行了试验研究。结果表明:通过调整轴承供气压力、转子旋转角速度等参数,可以改变系统固有频率与低频涡动和低频振荡频率之间的耦合关系,推迟或消除气膜振荡低频的发生,能够有效抑制低频涡动和低频振荡,从而达到提高轴系运行转速范围的目的。