环形极板机电耦合强非线性系统主共振-1/2亚谐参数共振

研究环形极板机电耦合系统的强非线性问题。按照弹性力学理论建立环形极板机电耦合系统的动力学方程,利用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程。转化后的振动方程是杜芬-马修方程,有两个外激频率。应用改进多尺度法求得系统的主共振-1/2亚谐参数共振的幅频响应曲线,分析了不同的系统参数对共振的影响。     

机电集成电磁蜗杆传动系统参数振动响应

针对机电集成电磁蜗杆传动系统中啮合磁极数的周期性变化规律,推导了电磁啮合刚度傅里叶级数形式的表达式,建立了该机电耦合系统参数振动模型及其相应的线性时变微分方程。采用多尺度法推导了该系统自由振动近似解析解,给出了系统包含固有频率及固有频率与啮合频率的组合频率成分的自由振动、主共振、组合共振时域及频域响应曲线。结果表明：系统发生组合共振时的主导频率为系统的固有频率,系统的组合共振振幅随谐波次数增大而递减。     

两自由度可控连杆机构系统在电磁参数激励作用下的主共振分析

以两自由度可控连杆机构系统为研究对象,针对电机转子偏心时不均匀的气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,应用有限单元法建立系统的机电耦合非线性动态模型.并利用此模型,借助多尺度法,对系统由伺服电机电磁参数激励作用下的主共振进行分析,得到系统在此情况下的一阶近似定常解,揭示系统主共振机理.     

机电集成超环面传动系统三重内共振

机电集成超环面传动系统是集机、电、控制于一体的新型广义复合机电耦合系统。针对派生系统多阶固有频率之间接近倍数关系时系统存在内共振现象的问题,建立了包含多重内共振的非线性振动微分方程组。采用多尺度法得到了系统自由振动时域响应曲线,研究了外加激励频率接近派生系统固有频率时的系统振动特性。研究结果表明:内共振的存在使得能量在各模态间相互传递,与不存在内共振的系统相比,各零部件的振幅瞬态衰减速度减缓;当外加激励频率接近派生系统固有频率时,系统各零部件的振动幅值较大,且存在振动中心的偏移。内共振使得系统非线性行为更加复杂,存在更多的共振区域,在系统参数设计时应避免存在内共振。     

温度场中桥面矩形薄板的主共振—主参数共振

为了研究温度场中桥面矩形薄板受简谐激励的主共振-主参数共振问题,应用弹性力学理论建立其动力学方程,应用Galerkin方法将其转化为非线性振动方程.利用非线性振动的多尺度分析方法求得系统主共振-主参数共振的近似解,并进行数值计算.分析温度、激励等对系统主共振-主参数共振的影响.指出系统主共振-主参数共振幅频响应曲线具有双峰特点并呈M形状.     

悬臂梁智能结构主共振响应的最优化控制

应用最优化控制方法研究悬臂梁主共振响应的减振控制。由主共振振动定常解的稳定条件得到反馈控制增益的参数范围。以主共振有控制振动峰值与无控制振动峰值的比值为减振的衰减率,以该衰减率为目标函数,反馈控制增益参数范围为约束条件,利用最优化方法计算得到衰减率最小的速度反馈控制参数。计算发现速度反馈控制参数数值越大,衰减率越小,控制效果越好。以非线性振动系统的能量函数为目标函数,计算得到能量函数值最小的位移反馈控制参数,实现智能结构体主共振响应的控制器设计。由悬臂梁主共振振动实验实测数据计算出最优化控制参数,设计非线性主共振振动实验控制系统,进行减振控制实验研究。     

复合管功率超声压电换能器的径向振动特性

在纵向复合压电超声换能器基础上,提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理,建立起复合系统的径向振动等效电路,并给出其径向振动共振频率方程。结合数值计算例,探讨换能器的共振和反共振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆管半径比之间的关系。设计制作4个径向复合管压电超声换能器样品,通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结果表明,换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好,误差小于5%。     

考虑磁参数影响的轧机主传动系统机电耦合振动特性研究

伴随科技的迅猛发展,交流电机已逐步取代直流电机并广泛应用在轧机系统中。针对以往对轧机机电系统振动特性的研究往往忽略电机磁参数影响这一问题,考虑异步电机中漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数等磁参数,把转子磁链电机模型与机械系统相结合,建立了轧机主传动系统机电耦合振动模型,此模型摆脱了以往机电耦合模型复杂繁琐的积分环节和惯性阻碍,并利用数值方法研究了漏磁系数、定子时间常数、转子时间常数对轧机主传动系统振幅与调节时间的影响。研究结果为进一步分析轧机主传动系统的振动现象奠定了理论基础。     

旋转机械耦合传动系统参激振动分析与控制

以一类旋转机械传动系统的扭振为研究对象,考虑轴系时变刚度变化和非线性摩擦阻尼力的影响,根据Lagrange原理建立了一类旋转机械传动系统的耦合非线性动力学方程,利用多尺度方法推导出了系统的平均方程,并根据Hopf分岔理论给出了系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法,分析了参数共振和内共振条件下系统的分岔特性。为抑制传动系统因亚临界Hopf分岔引起的失稳振荡,引入非线性反馈控制,对系统的Hopf分岔点进行转移并控制周期运动的稳定性和幅值。研究结果为非线性旋转机械参激振动的分析及控制提供了有效方法。     

轧机主传动系统机电振动特性分析及控制措施研究

建立恰当的轧机系统模型,对其动态特性进行正确完备的描述是进行轧机系统设计、控制、状态监测和故障诊断的关键.考虑间隙、摩擦等非线性因素的影响,建立了轧机主传动系统的机械模型,并进一步将控制系统、机械系统和轧制工艺条件等作为一个大系统来考虑,建立了复杂系统的机电耦合模型.用数值方法分析了电流调节器参数、轧制工艺条件、谐波扰动和间隙等因素对轧机系统振动特性的影响,并提出了相应的机电振动控制措施.研究结果表明,建立的机电耦合模型可以方便地分析轧机系统机电耦合动力学规律,为进一步控制轧机振动特性奠定基础.     

Characteristic of torsional vibration of mill main drive excited by electromechanical coupling

In the study of electromechanical coupling vibration of mill main drive system, the influence of electrical system on the mechanical transmission is considered generally, however the research for the mechanism of electromechanical interaction is lacked. In order to research the electromechanical coupling resonance of main drive system on the F3 mill in a plant, the cycloconverter and synchronous motor are modeled and simulated by the MTLAB/SIMULINK firstly, simulation result show that the current harmonic of the cycloconverter can lead to the pulsating torque of motor output. Then the natural characteristics of the mechanical drive system are calculated by ANSYS, the result show that the modal frequency contains the component which is close to the coupling vibration frequency of 42Hz. According to the simulation result of the mechanical and electrical system, the closed loop feedback model including the two systems are built, and the mechanism analysis of electromechanical coupling presents that there is the interaction between the current harmonic of electrical system and the speed of the mechanical drive system. At last, by building and computing the equivalent nonlinear dynamics model of the mechanical drive system, the dynamic characteristics of system changing with the stiffness, damping coefficient and the electromagnetic torque are obtained. Such electromechanical interaction process is suggested to consider in research of mill vibration, which can induce strong coupling vibration behavior in the rolling mill drive system.     

面向机电耦合振动抑制的电主轴系统匹配特性研究

电主轴系统存在复杂的机电耦合作用,若系统机电参数匹配不当,将引起机电耦合振动,导致系统稳定性下降,工件加工表面质量降低。利用将电动机与主轴系统机械特性分离的动力学分析方法难以对系统的机电耦合振动进行有效的分析评价,也难以实现系统机电特性的优化匹配。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法,利用所提出的方法研究磨削电主轴系统逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮机械参数对脉动转矩及定子电流频谱特性的影响,并在凸轮轴磨床上进行试验。揭示系统机电耦合振动的物理机制,提出通过优化逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮参数抑制机电耦合振动的方法。经理论与试验分析证实,通过优化逆变器工作参数可有效抑制机电耦合振动,提高系统匹配特性和磨削质量,从而证实所提出的基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法是有效可行的。     

运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素.仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性.研究结果表明:启动工况下...     

水轮发电机组短路故障时机电耦联的扭振问题研究

首先采用一种统一的机电耦联的新方法，找到发电机组机电耦联系统的微分方程组，经变换得到方程组的解，进行数值计算，得到三相短路、两相线间短路及一相对中短路时各机、电变量的变化规律。得知短路时电磁力矩很大，其振荡频率为50Hz或100Hz，幅值可达到额定扭矩的数倍，甚至更高，故要引起很大的冲击扭振应力，当轴系扭振固有频率接近50Hz或100Hz时，会发生强烈的共振。并进行了实验研究，说明理论结果和实验结果相吻合。研究结果对水轮发电机组轴系的安全运行有重要的应用价值，对轴系的设计有指导价值。     

压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析

为了探索压电谐波电机的机械-压电系统的非线性共振特性,设计了一种集压电驱动、谐波传动和活齿传动为一体的机电集成压电谐波电机。在非线性压电和非线性弹性效应的基础上,建立了驱动系统非线性机电耦合动力学方程。利用Linz Ted-Poincaré法推导了驱动系统非线性主共振响应方程,得出了主共振幅频响应曲线,分析了不同非线性效应对主共振响应的影响,最后通过四阶Runge-Kutta数值法验证了解析解的正确性。结果表明:在两种非线性效应中,非线性压电效应对主共振响应的影响是主要的;压电堆主共振出现在偏离固有频率较远处,且随着频率改变响应值出现跳跃现象;数值解与解析解响应曲线吻合较好。     

光雷一体化测量系统的谐振特性及组合补偿

针对光雷一体化测量系统中复杂谐振对伺服单元的不利影响,提出了采用自适应陷波器及观测器滤波反馈组合实现谐振补偿的方法。首先,结合机械结构及频响测试结果分析了系统的谐振特性,指出系统存在雷达天线谐振、雷达机体谐振和天线高阶及轴系耦合谐振等3类主要谐振模式,并求得谐振特性随俯仰角变化的规律。讨论了对这种复杂谐振的补偿方法,提出采用自适应陷波器补偿雷达天线和雷达机体谐振,并利用Kalman观测器滤波反馈抑制天线高阶及轴系耦合谐振的方法。结果表明：经过谐振组合补偿后,各类谐振均得到有效抑制,速度环闭环带宽期望值达到了115 rad/s,阶跃过程过渡时间为0.35 s,在保证闭环控制稳定性的同时满足了系统带宽要求。     

风电叶片单点疲劳加载过程数值仿真与试验

设计了一套风电叶片单点疲劳加载系统,基于拉格朗日方程建立了振动耦合数学模型,对振动特征规律（叶片振幅、电机电流）分别进行数值仿真。当驱动频率与叶片固有频率偏差较小时,固存的机电耦合现象会导致叶片振幅稳定,若偏差增大,叶片振幅则发生剧烈波动。加载源电流跟随叶片振动产生周期性波动,且转速越大,等负载下的电流相对越大,共振时电流达到最大。建立了一套单点疲劳加载试验系统,对振动过程中的叶片振幅和电流进行测试。试验结果验证了数学模型与仿真模型的准确性,该结论为疲劳加载解耦控制算法的制定提供了理论依据。     

平面正弦钢球传动机构扭振动力学及灵敏度分析

随着平面正弦钢球活齿传动在各行业的广泛应用,其动态特性和振动问题的研究也显得极为重要。针对平面正弦钢球传动机构的扭转振动模型及其固有特性,采用集中参数法建立了5自由度的扭转振动力学模型。根据无阻尼自由振动方程,计算系统的固有频率和模态振型;采用偏导数法分析系统固有频率对惯量参数和刚度参数的灵敏度,归纳出对系统固有频率影响较为显著的结构参数。通过修改对系统固有频率灵敏度较高的参数,以避免系统与外界激励产生共振,从而提高了系统运行的稳定性。     

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。     

径扭复合模式盘形压电超声换能器

提出一种新型的斜缝式结构径扭复合模式振动盘形压电超声换能器,并对其径扭复合模式振动进行了理论和试验研究。通过对斜槽处应力的分解,引入两个机械转换系数,依据机电类比原理,建立起换能器的径扭复合模式振动耦合机电等效电路模型,从等效电路得到换能器的径扭复合振动频率方程,探讨狭缝的斜角对换能器共振频率的影响,数值计算表明换能器共振频率随斜角增大而降低。试验加工三个不同斜度狭缝的换能器,并对其共振频率进行了测试和有限元法模态仿真计算,结果表明,理论与仿真值及试验结果吻合较好。