谐波驱动系统Back-stepping滑模控制研究

针对谐波传动系统动力学模型中存在的柔性变形、摩擦和运动误差等非线性因素。为了提高系统的传动精度,针对系统非线性刚度和静态误差因素进行了建模,并提出了一种Back-stepping滑模控制方法。利用Lyapunov稳定性理论,证明了闭环系统的误差是一致有界的。仿真结果表明,与PID控制相比,采用Back-stepping滑模控制,系统传动误差曲线峰峰值减小66.63%;负载端角速率误差曲线峰峰值减小77.35%。Back-stepping滑模控制能有效地补偿系统传动误差,抑制其负载端的速度波动,提高了系统的传动精度。     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动分析

考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素,建立了新的谐波齿轮传动系统非线性微分方程。传动误差采用了新的计算公式。建立了对转矩转角实验曲线采用3阶多项式拟合,然后求导得到刚度公式的方法。开发了非线性动力学特性仿真分析软件。实验和仿真研究系统的动力响应,以及不同频率的误差分量对系统动态响应的贡献,明确了设计、制造及装配中主要的误差控制对象。     

基于增量谐波平衡法的星型齿轮传动非线性动力学分析

建立了两级星型齿轮传动系统的非线性动力学分析模型,模型中考虑了系统的综合啮合误差、时变啮合刚度以及齿侧间隙。推导了多自由度多间隙系统的增量谐波平衡法计算公式,利用上述方法求解了系统非线性微分方程组,得到了两级星型齿轮传动的非线性频响特性。分析了阻尼系数、时变啮合刚度以及误差等参数对系统动态特性的影响。分析结果表明:间隙会使两级星型齿轮传动系统中出现多值解及跳跃现象的典型非线性特征;增大系统阻尼系数可以抑制系统的共振幅值;增大时变刚度幅值使得齿轮副传动误差的幅值增大;增大激励误差的幅值,使得系统各构件的振动幅值增大;多级星型齿轮传动系统有着比单级传动更丰富的非线性动态特性。     

基于动态传动误差的齿廓修形直齿轮动态特性分析

建立了含齿廓修形的单级直齿轮传动系统的非线性动态分析模型,该模型包含直齿轮的时变啮合刚度、轮齿侧隙、静态传动误差和陀螺力等因素,并基于非线性振动理论,利用动力学方程数值解析方法求解了直齿轮传动系统的动态传动误差,对比分析了有无齿廓修形对齿轮传动系统动态传动误差的影响。同时构建了动态传动误差测量系统,进行动态传动误差测试。通过将理论计算结果和试验分析结果对比,得到结论:对直齿轮进行合适的齿廓修形可以减小系统的动态传动误差,改善齿轮传动系统的动态性能。     

谐波齿轮传动系统非线性扭转振动仿真软件设计

结合谐波齿轮传动基本原理、非线性动力学理论、数值分析方法和计算机技术等设计方法开发了谐波齿轮传动系统非线性扭转振动仿真软件，该模型考虑了考虑传动误差、非线性扭转刚度以及间隙等非线性因素，仿真软件系统采用Windows界面风格、操作方便简捷、人机界面友好，是专为研究谐波齿轮传动系统的非线性动力学特性而开发的。对XB-80-134H型谐波齿轮减速器的实验结果证明了软件的有效性。软件仿真结果可以为设计以及实验分析提供依据。     

动力刀架齿轮系传动误差分析

为了提高动力刀架齿轮传动系统的传动性能,实现对齿轮传动误差的预测,首先根据影响传动误差的主要因素,建立齿轮传动误差的计算模型,推导了多级齿轮传动系统的传动误差计算公式;其次考虑齿轮各项误差的随机性,应用Monte-Carlo模拟试验法,计算了动力刀架齿轮啮合综合误差;最后根据扭转啮合刚度理论,提出了一种解析法与虚拟仿真技术相结合的求解传动误差的方法,采用基于罚函数的齿面摩擦非线性接触的建模方法,得到了齿轮系因受载变形造成的传动误差。研究成果为齿轮系统传动精度的分析与设计提供理论依据。     

基于误差耦合补偿的多级齿轮传动系统传动精度研究

为有效且经济地提高多级齿轮传动系统的传动精度,建立了基于误差耦合补偿原理的多级齿轮传动系统传动精度模型;然后运用数值分析方法计算多级齿轮传动系统传动精度,分析求解出系统耦合传动精度值最小时各偏心误差对应的初相角;再利用蒙特卡洛法分别计算各构件随机装配和提高部分零部件加工精度等级两种情况下系统的传动精度;最后对比分析以上3种情况下的系统传动精度,结果显示,运用数值分析方法可提高多级齿轮传动系统的传动精度,验证了该方法的可行性和有效性。     

一种用于精确位置控制的谐波齿轮数学模型分析

研究了精密位置控制传动系统中谐波齿轮的一种动态模型,该模型分析了传动系统中各种摩擦力和谐波齿轮挠性传动的影响;研究了影响摩擦力的位置、速度及载荷因素,将谐波传动的非线性特性表述成为函数,导出了一种新的包括静态、库仑、黏滞摩擦力的数学模型。试验结果验证了该模型仿真的准确性,从而可预测谐波齿轮的控制反应,这将促进高精密控制谐波齿轮的研究及应用。     

谐波齿轮传动系统动力学特性研究概述

对70年代以来国内外学者研究谐波齿轮传动系统动力学的几种典型模型进行了评价,指出了全面地考虑谐波齿轮传动系统中的非线性因素是进行谐波齿轮传动系统非线性动力学研究的重要条件,为合理地建立谐波齿轮传动系统的非线性动力学模型打下了基础。     

传动系统误差测量装置设计

齿轮传动系统在机械传动中占有十分重要的地位。齿轮传动链的传动误差大小对于精密传动系统具有一定的工程实际意义。因此,测出传动传动误差并用频谱分析方法辨别出误差的来源,对于齿轮系统的生产实际和理论研究都是很有用的。重点分析了影响齿轮传动系统的主要误差,在此基础上,根据齿轮传动系统精度对传动系统误差测量装置的要求,进行了测试装置的总体设计和详细设计,设计出一套符合测量要求的传动系统误差测量装置。     

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。     

Nonlinear dynamics of a spur gear pair with time-varying stiffness and backlash based on incremental harmonic balance method

In this paper the incremental harmonic balance method (IHBM) is extended to analyze the nonlinear dynamics of a spur gear pair and some new results are obtained. At first the dynamical model of a spur gear pair is established, where the backlash, time-varying stiffness and static transmission error are all included. Here the time-varying stiffness and static transmission error are represented by the multi-order harmonic series through Fourier expansion. Based on the IHBM, the general forms of the periodic solutions for this system are founded, which is useful to obtain the solutions with arbitrary precision. And the difference between the frequency-response to the multi-order and single-order harmonic is analyzed. Then the effects of the multi-order harmonic on the kinds of the periodic solutions are also investigated by IHBM, and the comparison with the numerical solutions shows the validity of the proposed method. At last the influence of the damping ratio and the excitation amplitude on frequency-response curves is researched, which presents some useful information to analyze and/or control the dynamics of gear system.     

谐波减速器的传动精度分析

以某舵机齿啮式谐波齿轮减速器为研究对象,分析了影响其传动精度的误差源,在忽略伞齿轮副的高频误差和齿啮式输出误差的前提下,对谐波齿轮副的传动误差进行了理论计算,用谐波传动精度动态检测仪测量了整个减速器的传动链误差.结果表明计算值与测得值基本吻合,两者误差在10％以内,说明假设前提条件成立,为设计从理论上提高谐波减速器的传动精度提供本参考,具有实际应用价值。     

考虑磨损与变形的谐波齿轮精度可靠性分析与优化设计

针对谐波齿轮减速器中存在的磨损和变形因素导致减速器传动精度低、可靠性差等问题,建立考虑磨损与变形的谐波齿轮减速器传动误差模型,并进行精度可靠性分析与优化设计。通过分析传动误差的影响因素建立了传动误差模型;基于磨损经验模型和试验数据,应用贝叶斯修正方法建立动态磨损模型,同时根据试验数据和高斯过程回归建立柔轮变形模型;综合获得的传动误差模型、磨损模型和柔轮变形模型建立谐波齿轮精度可靠性模型,并应用基于拉丁超立方抽样的Kriging代理模型和蒙特卡洛法求解某谐波齿轮减速器传动精度可靠度。最后采用序列二次规划法对谐波齿轮减速器进行优化设计。优化结果表明,在工况参数(输出端负载17.5 N·m,输入端转速100 r/min)下,优化后的谐波齿轮减速器在工作时间3 000 h处的可靠度达到99.02%,相比未优化前提升7.85%,而成本却只增加1.70%。     

一种基于多因素耦合的谐波减速器传动精度逆向分析方法

谐波减速器的传动误差是由零件加工及装配过程中的几何偏心和运动偏心等偏心矢量耦合而成的,具有频域性特点,并且各种单因素引起的传动误差分布概率符合瑞利分布.通过空间运动学、谐波啮合原理,建立了基于瑞利分布的传动误差多因素耦合模型,完成了置信区间可达99％的谐波减速器传动误差的预判模型.通过预判模型能够计算出各传动误差源的权...     

Hot turning of a difficult-to-machine steel (sae xev-f) aided by infrared radiation

This paper discusses how to improve the position precision of a semi-closed loop servo system. A support vector regression algorithm is chosen to model and predict position error. The predicted error is then fed back to the input entry to compensate the error. Fuzzy PID control is introduced to adjust the controlling rule of the PID controller in the semi-closed loop servo system so as to improve the dynamic response characteristics of the servo system and reach a high degree of position precision. A case study is implemented. The simulation and experimental results show that combining the improved fuzzy control with predicted position error feedback ensures a high degree of position precision and a high degree of dynamic response characteristics.     

伺服系统中精密传动装置精度分析

传动误差和回程误差是精密传动装置中两个最重要的精度指标.分析闭环伺服系统前向通道上精密传动装置的传动误差和回程误差对伺服系统性能的影响,提出计算方法.在此基础上,对谐波齿轮传动装置与行星齿轮传动装置进行实例对比分析,指出在闭环伺服系统中,谐波齿轮传动装置比行星齿轮传动装置的回程误差小,但谐波齿轮传动装置的传动误差对系统的影响大于行星齿轮传动装置.     

基于虚拟样机的齿轮传动控制系统研究

基于Pro/E和ADAMS建立了自行研制的混合型齿轮传动的动力学模型,采用ADAMS/View控制工具箱建立了齿轮传动的输出角度位移PID双环控制系统模型,由齿轮传动动力学模型及其输出角度控制系统模型构成了齿轮传动控制系统虚拟样机模型.典型输入信号的仿真分析结果表明,建立的齿轮传动控制系统虚拟样机具有有效的工程应用性,齿轮传动输出角度控制系统能够满足工程控制目标要求.     

谐波齿轮传动运动误差理论与测试技术的研究

详细地分析了谐波齿轮传动的误差源,误差源产生的运动误差及其频率,运用随机误差理论运动误差进行了综合,提出了运动误差的理论估算公式和对其频谱的分析方法。对运动误差的拍频现象产生的机理进行了详细的分析。建立了动态实时测试谐波齿轮传动运动误差及其频谱的测试系统,并进行了实测,验证了理论分析的正确性。     

谐波齿轮传动非线性动力学建模及仿真研究

由于结构的特殊性,迟滞刚度和动态摩擦属于谐波齿轮传动的固有属性。传统模型将刚度考虑为定刚度或分段刚度模型,摩擦考虑为静态摩擦模型,这样的简化会导致谐波齿轮传动的动态分析精度下降。为了提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能,考虑非线性迟滞刚度和动态摩擦现象,提出了一种基于记忆特性迟滞刚度和LuGre动态摩擦的谐波齿轮传动动力学模型,建立了相应仿真模型,讨论了谐波齿轮参数对系统输出的影响。结果表明,“刚度迟滞现象”导致系统输出值减小,传动效率降低;传动刚度系数越大,系统越稳定;阻尼转矩系数越大,传动效率越低。