均匀弹性梁支撑多机机械系统同步控制与稳定性研究

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近年来,随着装配式建筑的普及与推广,预制混凝土构件得到了广泛应用,而混凝土振动成型设备的可靠性和高效率是保障预制混凝土构件质量的关键。目前,现有的混凝土预制构件模具与振动台一般采用多台外部振动电机同步运行的方式进行混凝土构件的振动成型。因此,对多振动电机驱动振动系统的同步控制与稳定性的研究尤为重要。混凝土振动成型设备由于自身固有的耦合特性的限制,存在双机与多机驱动振动系统振动成型设备无法实现理想的同步运行状态和振动效率低等工程实际问题。为了解决上述问题,应用控制同步技术,对双机和多机机械系统施加控制,是一种理想的解决方案。本论文以预制混凝土振动台为原型,以弹性梁支撑多台振动电机驱动振动系统为研究对象,在系统分析了双机和多机驱动振动系统局限性的前提下,提出了实现多机机械系统控制同步的理论方法,对系统的同步与稳定性进行了研究,为预制混凝土振动台的设计和优化提供了新的方案。根据Hamilton原理,采用梁结构动力学模型结合感应电动机模型的方式,研究了一种典型的机电耦合动力学模型,并应用假设模态法对连续体模型进行离散化处理。首先,对双机与多机驱动振动系统的自同步性能进行分析,说明了其存在无法实现零相位差同步运行的问题。接下来,为了实现多台振动电机的同相位同步运行,将采用主从控制策略结合模糊滑模控制算法的方式,设计了多振动电机的速度和相位控制器;并且还基于Lyapunov定理,对所设计的控制系统的稳定性做了证明。然后,通过数值仿真软件发现,在所设计控制器的作用下,双机与多机机械系统实现了多台振动电机的同相位同步运行状态,这有力地说明了所设计的控制器的有效性。最后,在外界干扰和内部参数扰动作用下,双机与多机机械系统也能够实现同步运行状态,说明了控制系统的鲁棒性。本论文的研究可为预制混凝土构件模具上多个外部振器的速度和相位同步控制提供参考。
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