變速轉子系統(tǒng)主動平衡的自適應控制.pdf

1、在現(xiàn)代高速旋轉機械中，轉子不平衡引起的有害振動造成生產(chǎn)效率的下降、被加工產(chǎn)品精度的降低甚至機器的損壞。轉子不平衡造成的嚴重后果，阻礙和約束下一代工業(yè)技術如高速、高精度機加工的實現(xiàn)。由于機械運行中可能存在著時變原始不平衡的瞬態(tài)動力特性，成熟的離線不平衡技術已經(jīng)不能解決這類時變不平衡問題。轉子主動平衡控制技術因融合了其它先進技術且提高了機械運轉的可靠性，就能解決這類復雜問題并帶來顯著的經(jīng)濟效益。以前先進的轉子主動平衡控制技術僅局限于常轉速下

2、使用，現(xiàn)有的自適應主動控制技術也不能處理現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)的變速轉子平衡。本文研究的變速轉子主動平衡自適應控制技術不僅能有效地適用于一般變速轉子，還有效地適用于帶作動器時遲或作動器飽和的變速轉子。本文對變速轉子系統(tǒng)主動平衡自適應控制進行了研究。研究的內(nèi)容涉及慢變速轉子的準穩(wěn)態(tài)條件、變速準穩(wěn)態(tài)轉子主動平衡系統(tǒng)的增益調(diào)度控制、帶作動器時遲的快變速轉子主動平衡系統(tǒng)的自適應控制與帶作動器飽和的快變速轉子主動平衡系統(tǒng)的自適應控制，轉子類型包

3、括Jeffcott轉子、軸承各向異性的Jeffcott轉子、單并置平衡平面(作動器和測量平面幾乎在同一個平面)的柔性轉子和多并置平衡平面的柔性轉子。 第一部分研究了常轉速和變速轉子動力學模型之間的異同點與轉化條件。以變速的Jeffcott轉子作為基本模型，一方面解析求解瞬態(tài)不平衡響應，另一方面離散變轉速，以一系列轉子常轉速全響應來近似表示該瞬態(tài)不平衡響應，進而找出后者近似代替前者的定性適用條件，即準穩(wěn)態(tài)條件。 第二部分研

4、究了變速準穩(wěn)態(tài)轉子主動平衡系統(tǒng)的增益調(diào)度控制。在轉子系統(tǒng)滿足準穩(wěn)態(tài)條件前提下，延伸基于轉子穩(wěn)態(tài)平衡的影響系數(shù)法到慢變速轉子單平面或多平面增益調(diào)度控制，分析了影響增益調(diào)度控制穩(wěn)定性的諸因素，以數(shù)值模擬證實了增益調(diào)度控制能有效地抑制慢變速轉子的不平衡振動。 第三部分提出了帶作動器時遲的快加速轉子主動平衡系統(tǒng)自適應控制方法并進行了研究。首先，在轉子動力特性的先驗知識未知情況下，對一個帶作動器時遲的嚴格正實轉子系統(tǒng)建立簡單的直接自適應控

5、制律；接著，對原始模型作適當變換，構建一個Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，推導出該自適應控制律的穩(wěn)定性條件。然后，以帶作動器時遲的快加速Jeffcott轉子為研究對象，引入過濾函數(shù)，修改這個系統(tǒng)的傳遞函數(shù)使之成為一個嚴格正實系統(tǒng)，進而可采用前面推導出的滿足穩(wěn)定性條件的自適應控制律。數(shù)值模擬表明：滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性條件的自適應控制律能有效地抑制該轉子原始不平衡產(chǎn)生的振動。接著，還研究了帶作動器時遲、軸承各向異性的變速Jeffcot

6、t轉子系統(tǒng)主動平衡的自適應控制，著重考慮軸承各向異性對作動器時遲的影響。最后，把帶作動器時遲的嚴格正實轉子系統(tǒng)的自適應控制策略成功地推廣到具有單并置平面的柔性轉子及具有多并置平面的柔性轉子，一系列數(shù)值模擬驗證了該控制律對抑制這些轉子不平衡振動的有效性。 第四部分在轉子動力學模型未知、轉子變速和帶作動器飽和的復雜情況下提出能明顯抑制轉子原始不平衡振動的一種主動平衡自適應控制策略。首先，在帶作動器飽和的條件下，對一個嚴格正實轉子系統(tǒng)

7、建立Lyapunov函數(shù)，推導出自適應控制律和系統(tǒng)穩(wěn)定性條件。然后，以帶作動器飽和的快加速Jeffcott轉子為研究對象，通過引入過濾器，使帶主動平衡器飽和的Jeffcott變速轉子的傳遞函數(shù)變成嚴格正實的，可采用上述推導出的自適應控制律和穩(wěn)定性條件。數(shù)值模擬證實，在滿足穩(wěn)定性條件下，該自適應控制策略能明顯抑制帶作動器飽和的該轉子原始不平衡產(chǎn)生的振動。接著，還研究了帶作動器飽和的軸承各向異性的Jeffcott變速轉子主動平衡的自適應控制