變速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動(dòng)平衡的自適應(yīng)控制.pdf

1、在現(xiàn)代高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，轉(zhuǎn)子不平衡引起的有害振動(dòng)造成生產(chǎn)效率的下降、被加工產(chǎn)品精度的降低甚至機(jī)器的損壞。轉(zhuǎn)子不平衡造成的嚴(yán)重后果，阻礙和約束下一代工業(yè)技術(shù)如高速、高精度機(jī)加工的實(shí)現(xiàn)。由于機(jī)械運(yùn)行中可能存在著時(shí)變?cè)疾黄胶獾乃矐B(tài)動(dòng)力特性，成熟的離線不平衡技術(shù)已經(jīng)不能解決這類時(shí)變不平衡問(wèn)題。轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡控制技術(shù)因融合了其它先進(jìn)技術(shù)且提高了機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，就能解決這類復(fù)雜問(wèn)題并帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益。以前先進(jìn)的轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡控制技術(shù)僅局限于常轉(zhuǎn)速下

2、使用，現(xiàn)有的自適應(yīng)主動(dòng)控制技術(shù)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(zhuǎn)子平衡。本文研究的變速轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡自適應(yīng)控制技術(shù)不僅能有效地適用于一般變速轉(zhuǎn)子，還有效地適用于帶作動(dòng)器時(shí)遲或作動(dòng)器飽和的變速轉(zhuǎn)子。本文對(duì)變速轉(zhuǎn)子系統(tǒng)主動(dòng)平衡自適應(yīng)控制進(jìn)行了研究。研究的內(nèi)容涉及慢變速轉(zhuǎn)子的準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件、變速準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡系統(tǒng)的增益調(diào)度控制、帶作動(dòng)器時(shí)遲的快變速轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡系統(tǒng)的自適應(yīng)控制與帶作動(dòng)器飽和的快變速轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡系統(tǒng)的自適應(yīng)控制，轉(zhuǎn)子類型包

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

4、究了變速準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡系統(tǒng)的增益調(diào)度控制。在轉(zhuǎn)子系統(tǒng)滿足準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)條件前提下，延伸基于轉(zhuǎn)子穩(wěn)態(tài)平衡的影響系數(shù)法到慢變速轉(zhuǎn)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(shí)了增益調(diào)度控制能有效地抑制慢變速轉(zhuǎn)子的不平衡振動(dòng)。 第三部分提出了帶作動(dòng)器時(shí)遲的快加速轉(zhuǎn)子主動(dòng)平衡系統(tǒng)自適應(yīng)控制方法并進(jìn)行了研究。首先，在轉(zhuǎn)子動(dòng)力特性的先驗(yàn)知識(shí)未知情況下，對(duì)一個(gè)帶作動(dòng)器時(shí)遲的嚴(yán)格正實(shí)轉(zhuǎn)子系統(tǒng)建立簡(jiǎn)單的直接自適應(yīng)控

5、制律；接著，對(duì)原始模型作適當(dāng)變換，構(gòu)建一個(gè)Lyapunov-Krasovskii函數(shù)，推導(dǎo)出該自適應(yīng)控制律的穩(wěn)定性條件。然后，以帶作動(dòng)器時(shí)遲的快加速Jeffcott轉(zhuǎn)子為研究對(duì)象，引入過(guò)濾函數(shù)，修改這個(gè)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)使之成為一個(gè)嚴(yán)格正實(shí)系統(tǒng)，進(jìn)而可采用前面推導(dǎo)出的滿足穩(wěn)定性條件的自適應(yīng)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(yīng)控制律能有效地抑制該轉(zhuǎn)子原始不平衡產(chǎn)生的振動(dòng)。接著，還研究了帶作動(dòng)器時(shí)遲、軸承各向異性的變速Jeffcot

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

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