多级齿轮传动系统振动主动控制实验研究

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齿轮传动系统是应用最为广泛的机械传动系统之一。但由于齿轮本身的加工精度,以及在运行过程中齿轮副系统受到来自齿廓误差、时变刚度、啮合冲击等激励的作用,使得齿轮传动系统不可避免地产生振动和噪声。在严重的情况下甚至会大幅降低整个系统的寿命和性能。因此,为了提高齿轮传动系统的稳定性和安全性,研究齿轮传动系统的内部机理,降低系统的振动和噪声显得尤为重要。由于齿轮传动系统在动态激励的作用下产生了多谐波振动,本文设计了一个内置双压电陶瓷促动器的主动控制结构;通过对齿轮系统进行动力学分析,优化压电促动器的最佳控制位置;在经典PID(Proportional,Integral,Derivative)算法的基础上,设计自适应模糊PID(Adaptive Fuzzy PID,AFPID)控制器;通过应用主动控制算法,对多级齿轮传动系统进行仿真分析和实验验证。实验结果表明,在不同转速下,AFPID控制算法对谐波振动具有良好的控制效果,并且优于经典PID控制。课题的研究内容主要包括:(1)基于广义有限元的思想,综合考虑齿轮、轴、轴承和箱体之间的作用,采用动态子结构的思想对齿轮传动系统进行动力学建模。动力学模型的基础上优化压电促动器的控制位置,以模态控制力作为压电促动器的优化标准,并采用模拟退火算法优化促动器的位置。(2)在UG中建立了齿轮传动系统,导入到ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)中建立虚拟样机,在不同条件下分别对ADAMS进行了运动学仿真分析,分析了影响齿轮系统振动的主要因素,为振动主动控制实验提供理论基础。(3)针对齿轮传动系统的多谐波振动,在经典PID控制算法的基础上,提出AFPID控制算法,并建立了以AFPID控制器为核心的齿轮系统振动主动控制联合仿真系统,仿真结果证明了所建立的主动控制结构和控制算法的正确性。(4)建立齿轮传动系统振动主动控制实验平台。通过实验探究控制算法在各工况下的控制效果,验证所建立的主动控制结构和AFPID控制算法对齿轮箱体的振动控制效果,并与PID算法对比。实验结果证明,AFPID算法和PID算法均对齿轮系统的振动有着明显的控制效果,而AFPID控制算法的控制效果明显优于经典PID控制,能够将目标频率处的振动衰减5-10dB。
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