非线性机电换能器混沌系统的分数阶控制及其电路仿真

通过数值分析计算一类自激机电换能器耦合系统的分叉、最大Lyapunov指数等混沌特性,并运用分数阶稳定性理论及Gershgorin圆定理证明并构造两个反馈控制器.采用所提方法,运用Multisim软件对机电控制系统进行电路实验仿真验证.实验结果表明:所设计的分数阶控制器对机电换能器的混沌控制是有效的,同时,电路设计具有可行性和可实现性.     

出弹平台进给系统刚柔耦合动力学建模与仿真

出弹平台进给系统属于高速进给,急启急止系统,因此能否实现高加速度、高速度以及良好的进给驱动性能是设计的关键所在。通过刚体动力学理论计算出出弹平台伺服进给系统的机电参数,运用ADAMS软件建立多刚体虚拟样机模型对机电参数和伺服电机的选型进行校验,并通过ANSYS和ADAMS软件建立进给系统的刚-柔耦合动力学模型,分析刚性体和柔性体情况下模型的输出参数,得出传动误差。仿真分析结果解决了进给系统机电参数和性能匹配的问题。     

桩锤同步振动系统的机电耦合特性及同步控制

控制同步是实现多锤联动的有效方式之一.针对目前存在的两台桩锤控制同步时出现的机电耦合现象,建立了打桩过程中的"锤-桩-土"系统的动力学数学模型,并构建了两桩锤同步振动系统的机电耦合模型,在此基础上进行了数值仿真分析,发现机电耦合的结果是在一定的条件下出现自同步现象.对机电耦合下的同步控制策略与算法进行了研究,确立了"虚拟主令+比例-积分-微分算法(PID)"的控制方式,最后通过试验验证了机电耦合规律的正确性及同步控制策略与算法的有效性,控制同步的精度可以满足工程应用.     

轧机主传动机电耦合系统瞬态响应计算机仿真

针对轧机主传动机电耦合系统扭振的瞬态响应求解提出了一种计算机仿真方法。首先建立轧机机电耦合系统的物理模型,在此模型的基础上建立数学模型;然后将此数学模型用状态方程表达,确定系统各种模型参数广义质量矩阵［Ｍ］,广义刚度矩阵［Ｋ］,广义阻尼矩阵［Ｃ］和初始条件;最后应用四阶龙格－库塔法,计算出瞬态响应的仿真结果,将各种仿真曲线显示在屏幕上或打印出来。使用Ｔｒｕｅ－Ｂａｓｉｃ语言编制实现四阶龙格－库塔法的计算机仿真软件,并对此方法的步长的确定进行了详细的讨论,得出确定合理步长的计算公式。通过对１１５０初轧机主传动系统上轴系机电耦合系统瞬态响应的仿真计算,证实了计算机程序的正确性。     

机电系统中机网联解的一种新方法

基于完整的机电统一数学模型，在分析发电机、励磁调节系统和电网仿真技术特点的基础上，提出了一种通过修改发电机系数矩阵实现机电动态联合仿真中机网联解的新方法．该方法避开了仿真计算中的预报-校正系统，保证计算收敛性，加快了仿真速度．     

轮毂电机驱动电动汽车机电耦合垂向动力学特性

电动车用轮毂电机受路面激励和车重的双重作用,定转子相对偏心进而产生不平衡磁拉力,其垂向分量与车辆悬架系统的垂向振动相耦合,影响电动汽车的平顺性、舒适性等性能。针对这一机电耦合问题,以一台永磁式轮毂电机为研究对象,利用磁场叠加法获得负载气隙磁密分布,引入复数相对磁导和偏心磁导修正系数,建立考虑定子开槽效应的电机偏心磁场和不平衡磁拉力解析模型,并通过有限元仿真和样机试验验证了解析模型的有效性。根据悬架系统的垂向振动与电机偏心不平衡磁拉力的实时耦合关系,利用拉格朗日法求解车辆动力学方程,建立1/4车身垂向耦合振动模型。以轮毂电机定子垂向振动加速度、车身垂向振动加速度、悬架动挠度和轮胎动载荷为主要指标,研究机电耦合效应对车辆垂向动力学特性的影响,揭示不平衡磁拉力输出特性与车辆动力学响应之间的机电耦合机理。研究结果表明,机电耦合效应使电动汽车的平顺性、操稳性和安全性等性能总体下降。     

壳体柔性对风电齿轮箱-发电机集成系统动态特性影响

针对风电传动系统集成化结构,提出了一种可用于风力发电机变速-变载工况下的机电-刚柔耦合动力学模型,不仅考虑了齿轮的时变啮合刚度、相位关系、轴和壳体的结构柔性等机械因素,同时计入了发电机系统中永磁体磁饱和特性、电磁径向力波以及空间谐波等电磁因素。探究齿轮箱-发电机集成系统机电耦合动态特性,讨论了壳体柔性对系统动态特性的影响,提出了一种升速分析法,找寻了系统的共振转速。结合模态能量法和阵型矢量分布原理,找寻了共振时的潜在危险构件。研究表明：齿轮系统与发电机存在强耦合特性,壳体的柔性对系统机电耦合特性影响显著。针对集成化系统而言,齿轮内激励为共振转速下的主要激励源;但采用薄壁壳体时,发电机电磁激励不容忽视,易激发新的共振转速。选择合理的壁厚可有效提高系统的安全可靠性,减少共振区域,减轻系统构件的损坏。     

机电系统通用建模矩阵法

建立了机、电、液元 (部 )件传递矩阵模型的统一表示形式 ,列出了典型元 (部 )件的传递矩阵模型 .将网络节点及扰动边界条件表示成标准矩阵形式 ,建立了适合于分布参数机电耦合系统频域建模的通用传递矩阵法 ,为大规模机、电、液网络的频率特性计算及仿真提供了一种新的手段 .研究结果表明 :复杂网络拓扑结构可用规范的系数矩阵描述 ,通过常规矩阵运算可有效地对网络的固有特性进行频域仿真 .     

电动轿车机电传动系统的匹配计算与仿真

研究电动轿车机电传动系统匹配计算方法. 根据整车动力性能指标要求,对电动轿车机电传动系统,包括交流感应电机、减速器、电机控制器、动力电池进行匹配计算,主要是电机及其减速器传动比的综合匹配计算,并在Matlab/Simulink下进行了系统仿真. 仿真结果表明,机电传动系统具有良好的动态转矩特性和转速特性;系统动力特性仿真结果满足整车的动力性能设计要求;电动轿车机电传动系统匹配计算方法具有可行性和有效性.     

基于EMB系统的整车ABS滑模变结构控制

相对于传统的液压式或气压式制动系统,电子机械式制动系统因具有结构简单、响应时间短以及制动效率高等优点正受到越来越高的重视.在设计出一套电子机械式制动装置模型的基础上,提出了一种适合安装有电子机械式制动系统的整车制动防抱死滑模变结构控制器.通过动力学仿真软件Carsim建立整车仿真模型,并与Simulink进行联合控制仿真.将仿真结果与传统的基于逻辑门限值控制的液压制动器制动性能进行比较,验证了滑模变结构控制方法在安装有电子机械式制动系统的整车制动防抱死系统上的有效性及制动性能的优越性.     

Optimization of Quality Consistency Problem of Electromechanical Component due to Manufacturing Uncertainties with a Novel Tolerance Design Method

The consistency problem caused by uncertainties in manufacturing process is a significant factor influencing the quality of electromechanical components. Currently, there are two approaches for reducing the influence of uncertainties. The first one is to improve the resistance capability of design scheme by using robust parameter design（ RPD） method with nonlinear feature of controllable factors. The second one is to control the influence of uncertainties by using robust tolerance design（ RTD） method with quality loss function,setting the optimal tolerance with the minimum total product loss as the objective. However, as for the electromechanical component, it is difficult to achieve nonlinear region owing to the restrictions of design parameters. In addition,the establishment of cost function in manufacturing process is also confronted by practical difficulties. In order to solve the quality consistency problem under the influence of manufacturing uncertainties,a novel tolerance design method was proposed for the electromechanical components. Through the experiment design and contribution rate analysis, key factors influencing the quality consistency were determined,and the tolerance allocation scheme was confirmed according to the consistency objective of quality.Then, quality distribution characteristics before and after the consistency optimization were analyzed and verified through the Monte Carlo stochastic simulation. The application result of electromagnetic relay proves the effectiveness of the method proposed in this paper.     

高速公路机电设备使用寿命预测模型

中国对高速公路机电设备寿命的管理方法研究尚处于起步阶段,需要明确地制订出机电设备经济合理的使用寿命并及时对设备进行报废更新。本文在用Delphi法预测设备的物理寿命、用最小年平均费用法和低劣化数值法计算设备的经济寿命的基础上,提出了基于设备的物理寿命和经济寿命的综合预测新模型。利用Pareto原理确定综合预测模型的参数并计算出设备的使用寿命。通过实例分析,验证了本方法的有效性和实用性,可为高速公路机电设备的报废更新提供决策依据。     

Investigation of Anti-Plane Shear Behavior of a Piezoelectric Material Containing an Impermeable Edge Crack

The problem involving an edge-crack in a rectangular material under the anti-plane mechanical loading and in-plane electric loading is analyzed under the impermeable conditions. By using the series expansion, the general solutions of electromechanical fields are obtained, which satisfied both governing equations and crack sufrace boundary conditions, and the unknown constants in which can be obtained by the boundary collocation method. Numerical results are given to show the effect of electromechanical interaction on energy release rate.     

智能桁架结构机电耦合有限元分析与实验研究

从压电弹性体的本构关系和机电耦合变分原理出发,建立了智能桁架结构的机电耦合有限元动力方程。由此推导出智能桁架结构的动态响应与压电主动构件输入电压之间的机电耦合传递函数,并给出结构模态参数识别方法,提出了利用压电主动构件作为智能桁架结构内激励源的结构模态测试新理论。最后,用文中的分析方法建立了一个三维智能桁架结构的动力学模型,有限元计算与实验结果的一致性很好。     

非均匀电场下功能梯度压电材料板的振动主动控制

针对传统分层压电构件在连接处较容易破坏的问题,使用功能梯度压电材料板中压电材料组分来实现结构的振动主动控制。提出了一个改进的功能梯度材料特性分布方程,该方程由两个参数独立地控制压电材料总体积分数和沿厚度方向的材料梯度分布形式。基于材料特性在横向的梯度变化,推导了非均匀电场下机电耦合系统的运动方程。在振动控制中,使用速度反馈控制方法获得了有效的主动阻尼。在此基础上,研究了压电材料分布类型、梯度分布指数和压电材料总体积分数对功能梯度压电材料板振动控制的影响。结果表明,功能梯度压电材料板中压电材料分布对振动控制效果有较大影响;通过优化功能梯度压电材料板控制电压的施加位置,可以获得良好的振动抑制效果。     

新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

基于Matlab的中厚板轧机机电扭振系统模型仿真

采用理论分析和数值计算相结合的方法建立了中厚板轧机机电扭振数学模型,通过对该模型的求解,得到系统在过渡过程中的全部响应,且对轧机在轧制过程中的主传动系统的间隙和打滑两种状态进行了分析,并对此进行了计算机仿真研究.结果表明:理论计算与现场测试是一致的,这能够更为准确地得出其拖动过程的各种响应状态;同时为进一步分析设备运行中存在的问题以及设备传动系统的优化设计提供了更为有力的工具.     

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.     

可控滚转舵系统滚转控制研究

为解决电动舵机在旋转导弹上的应用,通过分析对滚转导弹的控制,电动舵机系统相对于气动舵机系统的优势及其应用限制因素,提出一类可应用于滚转导弹控制的可控滚转舵执行机构.分析了系统的工作原理,应用动力学和运动学方法,建立了基于此滚转机构的导弹的滚转控制系统的数学模型,模型中引入了弹体的滚转角速度,舵体滚转角反馈外回路和舵体滚转角速度反馈内回路.数学模型的建立为后续滚转控制器及控制系统的设计奠定了理论基础.     

谐波电流分量对平整机工作影响分析

从复杂机电系统机电耦合角度探讨了引起平整机带材横振纹的因素 ,研究了电气传动系统电流谐波分量对平整机组的影响 ;此外 ,结合CM0 4平整机组电气传动系统结构和工作状态的特点 ,分析了主回路电流谐波分量作为“干扰”信号 ,经控制回路作用对平整机机械主体运动的影响 .研究结果表明 :大功率电流谐波分量对系统的扰动是平整的原因之一 .通过调整滤波和控制系统参数能够减轻或消除振动 .