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。

基于自抗扰控制技术的轧机主传动系统机电振动控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象.为了克服该缺陷,针对轧机主传动系统精确模型不易获得的特点,将不确定外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,运用扩张状态观测器对系统状态和综合扰动项进行观测,设计了轧机主传动机电振动扩张状态观测器控制系统;进一步利用自抗扰控制技术设计了一个不依赖于对象模型的轧机主传动机电振动控制系统.仿真研究结果表明两种控制系统都有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的机电振动现象,同时对系统内部参数如轧辊转动惯量等的摄动也具有较强的鲁棒性.首次将扩张状态观测器和自抗扰控制技术应用到轧机主传动机电振动控制系统中,并通过与传统电流、转速双PI控制和基于降维状态观测器的状态反馈控制比较,证明了该方法的有效性和优越性.

基于LMI方法的轧机主传动系统机电振动H_∞控制

为了抑制机电振动,保证对干扰有良好的动态抑制作用且无静态扰动误差,针对轧机主传动系统,建立了基于模型匹配二自由度系统的状态空间模型,并将轧机主传动系统机电振动控制设计问题归结为标准的 H_∞控制问题；用线性矩阵不等式法得到输出反馈 H_∞控制器,以保证系统的鲁棒性．仿真研究结果表明,该方法有效改善了轧机主传动系统的跟踪性能,抑制了系统的机电振动现象,同时减小了轧制负荷扰动引起的动态速降．

基于状态观测器的轧机主传动系统机电振动控制研究

轧机主传动系统涉及到机械、电机、自动控制以及电网等多个学科,当机电配合不好时容易产生机电振动和断带现象。在各种轧机机电振动控制方法中,用状态观测器重构无法测量的状态,如负荷力矩、连接轴力矩、轧辊速度等,实现轧机主传动系统的状态反馈控制,较好地抑制了扭振和轧制负荷外扰引起的动态速降。首先从机电动力学出发,描述了机电弹性系统模型并以现代控制理论为基础,阐述了机电振动产生的机理。然后,详细综述了基于状态观测器的轧机主传动系统机电振动控制方法,比较了其机电振动控制效果。最后展望了其未来发展方向。

具有不确定性的轧机主传动系统机电振动H∞控制研究

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象。为克服该缺陷,针对具有参数摄动、负载扰动和电枢反应引起的非线性不确定性的直流驱动轧机主传动系统控制问题,基于H∞理论设计了轧机主传动系统的鲁棒状态反馈控制器,并利用两自由度控制方法设计了主传动系统的前馈补偿控制器。仿真研究结果表明,该方法不仅有效抑制了轧机主传动系统的机电振动,而且减小了轧制负载扰动引起的动态速降。

基于非局部理论的黏弹性基体中压电纳米梁热-机电振动特性

基于非局部Euler梁理论和Hamilton原理建立黏弹性基体中压电纳米梁的热-机电振动特性分析模型。综合考虑非局部效应、压电效应、温度场、电场等复杂因素影响,推导出黏弹性基体中压电纳米梁振动特性分析的振动控制方程,并利用分布参数传递函数方法求解出一般边界条件下压电纳米梁的固有频率及相应振型。以锆钛酸铅压电陶瓷-4材料制成的某压电纳米梁为例,给出了四种典型边界条件下该压电纳米梁的前四阶固有频率,并系统分析了非局部效应、外部电压、温度载荷、黏弹性基体等因素对压电纳米梁热-机电振动特性的影响规律。分析结果表明:所建立的振动特性分析模型及其求解方法在分析黏弹性基体中压电纳米梁的热-机电振动特性问题中准确有效。

基于内模原理的轧机传动机电振动H_∞控制

轧机驱动电机与轧辊间采用长轴连接,连接轴刚度有限,因此在带材高速轧制时,常规电流、转速双闭环控制易产生机电振动和断带现象。为了抑制机电振动,保证对干扰有良好的动态抑制作用且无静态扰动误差,同时使系统具有鲁棒稳定性,将内模原理与H∞控制理论相结合,通过选取适当的加权函数,设计了轧机主传动系统机电振动鲁棒控制器,为了能方便地在实际工程中实现复杂的H∞控制器,采用PID控制器逼近所得高阶控制器。同时为了改善控制系统的跟踪性能,在H∞控制器的基础上设计了两自由度控制器,有效减小了系统的超调。仿真研究结果表明:该方法不仅有效抑制了轧机主传动系统的机电振动,而且减小了轧制负荷扰动引起的动态速降。

转矩波动下电动轮系统机电耦合振动特性

针对转矩波动下电动轮系统机电耦合振动问题,推导了d/q轴坐标系下考虑永磁体磁场谐波的永磁同步电机电磁转矩数学模型以反映轮毂电机转矩波动特征。基于电动轮扭转和纵向耦合振动方程分析了电动轮系统固有特性,考虑电流闭环的影响,并集成转矩模型和振动方程建立了电动轮系统机电耦合模型。基于机电耦合模型分析了耦合对转矩波动和系统振动特性的影响规律,结果表明:电机转子的转速波动在电动轮旋转模态频率处会对电机转矩波动产生负反馈削弱效果;机电耦合主要会改变电动轮耦合系统第三阶模态阻尼比进而影响振动特性,而且阻尼比随磁链的增加而线性增加,随电感的增加而下降直至趋于稳定。因此,合理选取轮毂电机电磁参数对抑制电动轮系统振动有一定的意义。

热连轧机机电液耦合振动控制

全世界薄板坯连铸连轧机在轧制薄规格带钢时都出现不同程度的严重振动现象,导致带钢和轧辊生成明显振痕,从而影响企业的产品质量、外部形象和经济效益。利用自制综合遥测系统对轧机振动参数、力能参数、电参数和工艺参数等进行全面的现场综合测试,经过对测试信号的时域分析和频域分析获得振动的特征及规律;通过理论研究和仿真研究,发现轧机确实存在扭垂耦合振动、机电耦合振动和液机耦合振动现象,确定轧机振动的性质为机电液多态耦合振动。据此对电气传动控制系统和AGC系统进行参数修改和优化,将设计的二阶扭振抑制器应用在主传动控制系统中和对AGC参数进行优化,辊系振动明显降低,有效地抑制了轧机机电液耦合振动现象,取得了显著的经济效益和社会效益。

电动汽车-路面系统机电耦合建模及非线性振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量增大,导致轮胎动载荷增加,同时电机电磁力和转矩波动对车轮造成电机激励,车轮振动进一步加剧汽车振动。鉴于此,考虑电机的电磁激励,建立了5自由度电动汽车-路面系统机电耦合非线性动力学模型,推导了路面振动引起的二次激励,分析了电动汽车的振动响应受路面不平顺、电机激励、路面二次激励综合作用的影响规律,以及车速和非线性参数对汽车响应的影响。结果表明:电机激励对非线性汽车模型的轮胎动载荷和车体加速度影响最大,悬架动挠度和俯仰角加速度的影响次之,座椅加速度的影响较小;在考虑电机激励的综合作用下,非线性模型对汽车响应的性能指标明显优于线性模型,尤其以轮胎动载荷最为显著;汽车系统的非线性参数中,悬架刚度平方非线性系数对汽车响应的影响最大,悬架阻尼不对称系数和轮胎非线性刚度系数的影响次之,悬架刚度立方非线性系数的影响最小。所建电动汽车-路面系统机电耦合模型及研究思路可为电动汽车动力学分析提供参考与理论支持。

热连轧机主传动系统机电耦合振动抑振器研究

热连轧机主传动系统机电耦合振动现象受到诸多因素影响,由于问题的复杂性,至今尚无通用的抑制轧机振动的通用方法。针对这一现状,试图利用对轧机主传动耦合振动进行控制。首先建立轧机主传动机电耦合仿真模型;然后在控制系统中加入扩张状态观测器;最后通过参数调整获得较满意的仿真结果。得出利用扩张状态观测器可以有效抑制热连轧机主传动系统的机电耦合振动,为轧制薄规格和变形抗力较大的带钢提供保障。

高速列车牵引传动系统机电耦合振动特性研究

高速列车牵引传动系统是一个典型的机电耦合系统,电机输出谐波转矩导致机械结构振动加剧,影响各机械部件的使用寿命,进而影响到列车运行安全。针对高速列车牵引传动系统的机电耦合振动现象进行分析,通过传动系统机械结构振动模态分析,建立其四阶扭转-弯曲振动模型,计算谐振频率,结合牵引电机输出转矩谐波成分分析,尤其是功率开关器件死区效应的影响,建立传动系统振动耦合关系。在此基础上,研究牵引传动系统机电耦合振动现象的机理与成因,提出基于误差电压死区补偿的振动抑制策略。最后搭建实验平台,模拟再现机电耦合振动现象,并完成振动抑制的实验验证。

高速磨削主轴系统机电耦合振动有限元仿真

随着科学技术的快速发展,磨削加工机械化水平不断提升,这一过程中,高速磨削主轴系统得到了广泛的应用。本文利用有限元仿真分析方法,对磨削主轴系统机电耦合振动规律进行了分析。

正弦扫频试验振动台与负载界面力获取方法

针对传统的基于加速度控制的振动试验中极易出现的"过试验"现象,结合振动台结构动力学和电磁动力学方程,建立了振动台系统的机电耦合模型,获得了振动台输入电流、电压与界面力的映射关系,并通过试验验证了该方法给出的界面力结果与直接测力结果吻合较好,精度满足工程要求。界面力获取方法实施较为方便,与传统振动试验相比,无需改变界面条件,可作为力测量设备直接测力法的有益补充。

考虑胎路多点接触的电动汽车−路面耦合系统振动分析

轮毂电机驱动电动汽车的簧下质量大,使得轮胎动载荷增加,且电机激励进一步加剧车轮振动.同时,轮胎与路面单点接触的简化模型,其动力学计算结果与实际存在差别.鉴于此,考虑电机的电磁激励、胎路多点接触和非线性地基,建立了电动汽车−路面系统机电耦合动力学模型,通过Galerkin法推导了非线性地基梁的垂向振动,利用积化和公式推导了非线性地基梁中非线性项积分的精确表达式,提出了路面截断阶数选取的简易方法,并通过路面位移响应的收敛性进行了验证.在此基础上,研究了胎路多点接触、非线性地基、电机激励、车速、路面不平顺幅值等对路面及车辆响应的影响.结果表明,非线性地基及多点接触对车辆响应的影响中,轮胎动载荷的影响最大,车身加速度和悬架动挠度的影响较小,且考虑电机激励时,二者对车辆响应的影响显著增大.从对路面响应的影响看,电机激励的影响最大,非线性地基的影响次之,多点接触的影响较小.所建模型及研究方法可为电动汽车的垂向动力学分析提供一种新思路.

嵌套环式MEMS振动陀螺的静电修调算法

对于工作在n=2模态谐振结构,静电修调是一种消除频率裂解、实现模态匹配的常用方法。基于环形谐振子的刚度扰动模型,提出了一种直观而实用的修调算法。通过巧妙地近似,并将嵌套环结构的内置修调电极等效为两簇簇带负刚度的"径向弹簧",从而将单环谐振结构的理论模型成功应用于多环嵌套结构。最后通过静电修调实验对该算法进行了验证,实现了带误差谐振子的模态匹配。实验结果表明:通过该算法频率裂解从15 Hz左右被修到0.03 Hz左右。

1DCZ-10振动放矿电机拆装车的研制及应用

以鞍钢眼前山铁矿振动放矿机的电机拆装工作为例,阐述了1DCZ-10型振动放矿电机拆装车研制的必要性,介绍了该设备在生产中的应用情况。

特种交流电机转子的非线性机电耦联双重共振

通过对交流电机转子的非线性机电耦联双重共振研究，建立了统一的非线性机电耦联数学模型．结果发现，当电机在三相不对称运行时，转子的固有频率发生分裂现象．用能量法求得非线性方程双重共振的数值解，进而对交流大电机及细长型特种电机减振设计提出了改进措施，交流电机振动实验台的实验结果与理论结果基本吻合．

巡检机器人传动结构机电耦合振动自动化抑制

电力线路巡检机器人巡检过程中,引起控制参数的不确定性,造成传动结构中发生机电耦合振动,影响其行进稳定性。为此,提出电力线路巡检机器人传动结构机电耦合振动自动化抑制方法。建立机电耦合动力学模型,从机械系统中分析产生振动的根本原因,通过构建的两惯性模型得到机械振动频率;将无轮廊误差的整形指令,输入到自适应数字陷波滤波器中,使用递推方法辨识陷波滤波器参数,根据陷波滤波器输出信号分析其中的耦合振动信号,以此为依据实现机电耦合振动自动化抑制。通过实验证明:抑制方法可以将控制参数的稳定范围扩大,将机器人运作全过程中振动信号能量与残留振动信号能量至少降低了1.04J和0.9J,且消除了轮廊误差,具有较高的应用价值。

轧机主传动系统自抗扰控制器设计与应用

轧钢过程中的负荷扰动容易激起机电振动,这严重影响板带材的产量和质量.为了抑制机电振动,针对轧机主传动系统存在不确定外部扰动和未建模动态的特点,首先建立了轧机主传动系统的模型,将不确定性外扰和未建模动态视为一个综合扰动项,然后利用扩张状态观测器对综合扰动项进行观测和补偿,设计了一种不依赖于对象模型的轧机主传动系统鲁棒控制器.仿真结果证明:该控制器比外扰负荷观测器控制系统具有更好的抗扰动能力,同时对系统内部参数如负载转动惯量、转矩常数等的摄动也具有较强的鲁棒性,有效抑制了由于轧制负荷周期性变化和轧制负荷突变引起的机电振动.首次将扩张状态观测器和自抗扰控制技术应用到轧机主传动系统机电振动控制中,并通过实验证明了该方法的有效性和优越性.