简谐转速波动工况下滚动轴承保持架动态特性分析

转速波动会恶化滚动轴承内部接触状态,对保持架的动态特性产生重要影响。针对滚动轴承转速周期性波动的特点,将其简化为简谐波动,以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了轴承塑性材料柔性接触的非线性动态有限元仿真模型,采用显式LS-DYNA对其在不同转速波动频率和不同转速波动幅度工况下的运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在简谐转速波动下的保持架角速度曲线以及滚子与保持架接触力曲线,分析了不同转速波动频率和波动幅度对保持架动态特性的影响。研究结果表明,保持架角速度曲线的波动周期主要由内圈转速的波动周期决定,且转速波动频率愈大,进出承载区滚子与保持架之间的碰撞次数越多;转速波动幅度愈大,保持架角速度曲线的最大转速值越大,最小转速值越小,平均转速值变化不大,从而保持架角速度曲线的波动范围会明显增大。仿真结果与实验结果吻合良好,验证了所建立有限元模型的正确性。     

采用自适应PI控制的单框架控制力矩陀螺角动量飞轮系统的设计

设计了单框架控制力矩陀螺中的角动量飞轮分系统以提高卫星姿态控制精度.首先,从理论上分析了角动量飞轮的角速度波动对单框架控制力矩陀螺输出力矩的影响,得到当期望转速为5000 r/min且力矩波动<0.002 Nm时,角速度波动应小于5 r/min的结论.然后,采用无刷直流电机驱动角动量飞轮,利用FPGA实现控制驱动电路,...     

基于飞轮加速度的缸间差异和循环差异研究

针对发动机缸间差异和循环差异缺少定量计算的研究现状,利用Matlab软件对发动机怠速时的飞轮原始数据进行处理,定量计算内燃机飞轮的最大角速度缸间差异参数、循环差异参数和抖振参数（lowest normalized value,简称LNV）,分析其与相应气缸压力参数之间的相关性及随内燃机转速和载荷的变化规律。分析结果表明,内燃机最大角速度缸间差异、循环差异和LNV值分别与相应的气缸压力参数高度线性正相关;随着怠速升高,缸间差异减小,循环差异基本保持不变;起初随着怠速升高,内燃机的抖振变小,当怠速升高到一定程度,抖振基本保持不变。随着内燃机载荷的增加,缸间差异、循环差异和抖振都减小,但循环差异比缸间差异受载荷影响更大。     

转速波动条件下圆柱滚子轴承动态特性分析

滚动轴承动态特性的研究目前主要集中在稳定工况,但转速波动存在于许多旋转机械设备中,将对滚动轴承的动态性能产生重要影响。以圆柱滚子轴承NU306为研究对象,建立了圆柱滚子轴承的塑性材料柔性接触的非线性动态有限元模型,采用显式动力学LS-DYNA对其在三种不同转速波动形式(矩形波动、正弦波动和随机波动)下的非线性运行过程进行了动态仿真,获得了圆柱滚子轴承在转速波动工况下的保持架角速度曲线和打滑率曲线,以及滚子与内圈、保持架的接触力曲线。将稳定工况下圆柱滚子轴承的有限元解与其解析解进行对比,验证了所建立有限元模型的有效性。结果表明:内圈转速的角加速度越大,保持架角速度曲线和打滑率曲线波动越剧烈且严重时可能产生负打滑率;转速波动主要通过改变承载区滚子与保持架间的接触力来影响保持架的稳定性,并且转速波动可能会加大承载区范围,使单个滚子承载力峰值减小。     

基于位移信号的磁悬浮飞轮转速估计

针对测速传感器故障情况下磁悬浮飞轮不平衡振动抑制所需的高精度的转速信息的提取,提出了一种通过预先提取转子位移信号和转速信号构建BP神经网络模型,从而通过位移信号实时估计转速的方法;通过MATLAB/Simulink构建了磁悬浮飞轮系统模型,以仿真得到的位移和转速数据训练出一个神经网络模块,以此实时估计转速,得到恒速和变速两种情形下的转速估计结果,并与测速传感器获得的转速进行比较。仿真和实验结果证明,该转速估计方法在恒速和变速时均估计效果良好,实验估计误差不超过20 r/min。     

在轨飞轮故障诊断混合框架设计

为提升飞轮的可靠性,本文对飞轮故障诊断技术进行了研究。通过对基于数学解析模型与基于智能计算的故障诊断方法的对比研究,提出了一种基于神经网络的混合故障诊断方法。该方法首先使用数学解析模型与原系统输出的差值作为一级残差;而后利用该一级残差以及系统可测状态对神经网络进行训练;然后使用混合模型输出的二级残差对系统故障进行检测;最后以飞轮注入母线电压以及电枢电流故障对该方法进行验证:在存在母线电压故障工况下混合模型避免了解析模型电流估计的发散问题,与单神经网络模型相比最大跟踪误差降低了44%。在存在电流故障时,不同的转速工况下与两种单模型相比混合模型的最大跟踪误差降低了90%,跟踪方差减小了10倍以上。混合方法可以有效解决由于解析模型存在建模误差引起的故障诊断不够准确的问题以及由于缺乏训练数据所引起的单神经网络模型不能适应新工况的故障诊断问题。     

风电惯性台架飞轮强度分析及其组合优化

惯性飞轮的结构强度直接关系到制动器惯性台架的安全可靠.采用接触算法,利用有限元软件,考虑额定转速和超速等载荷工况,从结构强度方面对惯性飞轮进行分析.计算结果表明,飞轮在规定工况下能满足强度要求,并给出了飞轮爆裂的临界转速以及飞轮组的优化组合.     

多轴轮边驱动铰接客车的横摆稳定性控制策略

多轴轮边驱动铰接客车兼具铰接车辆的力学特性和分布驱动的动力特性,针对其在极限工况中可能出现的折叠、甩尾、横摆等问题,进行横摆稳定性控制策略研究;建立线性三自由度参考模型,通过粒子滤波对前车厢的相关状态变量进行估计,估计结果证明模型的有效性;根据三自由度参考模型得到理想响应,采用分层控制的思想,在上层采用模糊等效切换滑模控制,前车厢采用横摆角速度和铰接角联合控制,后车厢采用横摆角速度控制,从而得到前后车厢所需附加横摆力矩;下层采用二次规划法,以轮胎附着利用率为优化目标进行转矩分配。在d SPACE-ASM平台上进行转向角阶跃工况和双移线工况的仿真分析。结果表明,该控制策略能够在多种工况下有效改善车辆的横摆稳定性,与等转矩分配相比,轮胎附着利用率得到有效减小,控制效果更加显著。     

电磁驱动配气机构的发动机分缸工作一致性控制

为了提高发动机分缸工作的一致性,基于电磁驱动配气机构（EMVT）,提出了一种分缸空燃比控制方法来减小各缸间的空燃比差异和转矩差异。应用衰减记忆卡尔曼滤波算法建立了稳态工况下的分缸空燃比观测器,并基于差分进化算法进行参数辨识,仅通过一个宽域氧传感器(UEGO)完成了参数辨识及分缸空燃比的估计。最后根据空燃比差异,应用EMVT独立调节各缸进气持续期,实现了分缸空燃比一致性控制。在GT-Power和Simulink中分别建立了发动机模型以及空燃比估计控制模型,联合仿真结果表明：在稳态工况下,缸间空燃比差异由2.6%减小至0.05%,缸间转矩差异由4.51%减小至0.25%。     

三自由度工业机器人动力学分析

以工业用三自由度机器人为模型进行研究。首先通过拉格朗日功能平衡法来建立机器人的本体动力学模型,然后根据机器人的结构原理图和建立的坐标系推导出机器人的雅可比矩阵,再通过运动学逆解求出各个关节的运动角速度和角加速度。机器人的各个关节都采用PMSM来进行控制,通过PMSM的数学模型,得到电机的电磁转矩与负载转矩之间的联系,并用飞轮矩来表示转动惯量,并将转矩和飞轮矩通过减速器减速比折算到电机轴上,得到系统总的转动力矩,将得到的机器人的本体动力学模型与雅可比矩阵以及PMSM折算后的转矩相结合,就可以得到机器人完整的动力学模型,可以直观地看出电机各变变化与机器人位置以及速度之间的关系。     

变惯量高效微型飞轮的理论与综合

与传统飞轮不同的变惯量飞轮不与机器的主轴固联,这样变速运动的飞轮折算到主轴的等效惯量不是常数,其动能也不是常数。利用变惯量飞轮的动能波动来抵消原机器中惯性和载荷对机器平稳运转的不利影响,从而平稳机器主轴的角速度波动。在起到同样的平稳效果时,变惯量飞轮的惯量比传统的飞轮小许多。给出了变惯量飞轮的原理以及变惯量飞轮的二种结构型,并相应给出二个计算实例。     

转向制动工况下平衡重叉车横向稳定性控制

为了克服实际叉车转向制动作业工况下质心位置的时变和动态行为不确定性导致整车侧倾,改善该工况下叉车的横向动态稳定性,建立了叉车制动转向工况半车动力学模型,以叉车横摆角速度和横向加速度为反馈控制量,设计了叉车主动后轮转向线性二次型调节器,得到最优输出反馈增益矩阵,对转向制动工况下的叉车横向稳定性进行最优控制并进行仿真计算。仿真结果表明,叉车制动性能保持基本不变的情况下,反映叉车横向稳定性的横向加速度和横摆角速度响应得到明显改善。依据欧洲标准EN16203:2012动态稳定性试验方法和要求进行的实车试验结果表明:叉车横向稳定性的指标量-横向加速度、横摆角速度均方根值分别下降了19.2%和23.29%,叉车的横向稳定性得到了有效控制。     

极限工况下车辆行驶的稳定性判据

极限工况下车辆行驶的稳定性判据是车辆稳定性控制系统的基础,决定了车辆稳定性控制系统介入的时机。选取横摆角速度法、侧向加速度法、独立转向梯度法、转向半径法四种基于线性2自由度车辆模型的稳定性判据。选取质心侧偏角-质心侧偏角速度相平面分析车辆行驶的稳定性,提出改进的五参数菱形法确定车辆状态稳定区域,以此作为基于非线性车辆模型的稳定性判据。以轮胎力法为基准判据,针对各判据介入的时效性,设计稳定性判据对比方法,在建立的CarsimMatlab/Simulink车辆联合仿真平台上,通过多种工况对各稳定性判据进行验证及对比。结果表明所建立的各判据对车辆行驶状态的判定效果存在显著差异,其中横摆角速度法、转向半径法和五参数菱形法的准确性较高,且之间存在互补性。     

车辆行驶过程中的状态估计问题综述

从传感器配置、估计用物理模型、状态估计算法和估计过程中的模型参数自适应4个方面回顾车辆行驶过程中的状态估计问题.对比分析以纵向车速、横摆角速度、质心侧偏角为估计目标时传感器的常见配置,给出合理的传感器配置方案;比较在不同估计目标下运动学模型和动力学模型的优缺点,提出纵向车速和横摆角速度适合采用运动学模型、质心侧偏角估计适合采用动力学模型的观点;列举并比较车辆状态估计中常用的估计算法,给出各算法在实际应用中所需注意的因素.指出实现估计过程中的参数自适应是提高不同行驶工况下观测器估计精度的有效手段,并介绍递推最小二乘、联合卡尔曼滤波等实现参数自适应的典型方法.     

复合材料高速储能飞轮临界转速与极限转速的研究

对采用多种复合材料的高速储能飞轮临界转速与极限转速的确定进行了研究，提出了相应的分析方法和强度条件，并应用有限元法对一种混合动力汽车飞轮电池中的复合材料飞轮进行了计算，对飞轮的临界转速与极限转速的协调设计进行了探讨，最后得到一种临界转速和极限转速较为协调的典型复合材料飞轮的设计方案。计算分析表明，对于由金属材料、非金属材料和多种复合材料组成的飞轮应用有限元法确定临界转速和强度极限转速并对其进行协调非常有效。     

基于状态反馈的主动转向控制

通过对前轮主动转向结构形式的分析和简化,建立了状态空间形式的主动前轮转向动力学模型。并以转向盘转角、横摆角速度和侧偏角为优化目标,设计了线性二次型调节器控制。通过横摆角速度和质心侧偏角的共同反馈,控制电动机助力转角,实现主动转向。控制过程中,设计状态观测器对难以直接测量的质心侧偏角信号进行估计,满足系统对反馈信号的需求。利用Matlab对转向路径跟踪过程及遭遇侧向风作用工况的仿真分析表明,通过横摆角速度和侧偏角的反馈控制,将横摆角速度控制在理想的范围,质心侧偏角被限制在车轮的线性范围内,有效地改善整车的转向特性,提高汽车的操纵稳定性。     

实现等速往复运动的机械传动系统动力学分析

一种非圆齿轮-正弦机构串联组合而成的组合机构理论上可严格实现从动件等速往复运动规律。但由于机械系统的动力学效应和电动机输出特性等因素引起的电动机输出轴的速度波动,会导致从动件等速运动速度发生偏差。文中以该组合机构的主传动系统为研究对象,建立了电动机-主传动系统单自由度多刚体动力学模型,并采用数值法求解其运动微分方程,得到了从启动到稳态运动过程中电动机角速度及正弦机构从动件输出速度变化规律。计算结果表明:额定工况条件下电动机角速度波动率为9.78%,正弦机构从动件输出速度偏差率为0.164%。在此基础上,建立了考虑非圆齿轮轮齿弹性变形的主传动系统弹性动力学模型,采用Runge-Kutta法求解系统运动微分方程,得到了额定工况条件下一个运动周期内从动件的往复运动速度规律,其从动件偏差率增加到0.568%。在需要严格实现等速运动规律的应用场合,系统的动力学效应是不可忽视的。     

转速波动工况滚动轴承打滑动力学特性分析

滚动轴承实际运转过程中经常存在的转速波动现象,对滚动轴承的运行状态产生重要影响。基于Hertz接触理论和变形-位移相容条件建立滚动体与套圈的相互作用模型,采用非线性弹簧模拟滚动体与保持架间的相互作用,建立了转速波动工况下滚动轴承打滑动力学模型。通过与实验测试结果的对比,验证了所提出的动力学模型的正确性,并在此基础上分析了转速波动对滚动轴承打滑的影响及不同转速波动幅值、频率下滚动轴承的打滑特性。结果表明:轴承转速波动会造成保持架转速出现波动,导致轴承出现打滑,且滑动主要出现在滚动体与内圈之间;转速波动幅值对轴承打滑影响较大而频率影响较小。     

实现等速往复运动的机械传动系统动力学分析

一种非圆齿轮-正弦机构串联组合而成的组合机构理论上可严格实现从动件等速往复运动规律。但由于机械系统的动力学效应和电动机输出特性等因素引起的电动机输出轴的速度波动,会导致从动件等速运动速度发生偏差。文中以该组合机构的主传动系统为研究对象,建立了电动机-主传动系统单自由度多刚体动力学模型,并采用数值法求解其运动微分方程,得到了从启动到稳态运动过程中电动机角速度及正弦机构从动件输出速度变化规律。计算结果表明:额定工况条件下电动机角速度波动率为9.78%,正弦机构从动件输出速度偏差率为0.164%。在此基础上,建立了考虑非圆齿轮轮齿弹性变形的主传动系统弹性动力学模型,采用Runge-Kutta法求解系统运动微分方程,得到了额定工况条件下一个运动周期内从动件的往复运动速度规律,其从动件偏差率增加到0.568%。在需要严格实现等速运动规律的应用场合,系统的动力学效应是不可忽视的。     

旋转机械转速波动检测及故障诊断

针对旋转机械运行转速波动导致信息获取及诊断决策困难问题,以非平稳信号的瞬时频率估计为切入点,结合快速路径优化算法进行非平稳信号的瞬时频率估计,以实现转速波动信息的准确获取。基于参数化时频分析理论的短时阶比原理,依据估计的振动信号瞬时频率变化函数构造匹配旋转算子,将转速波动信号的时频特征进行旋转,获得各时频窗内的短时阶次谱,进而完整保留转速波动信号的瞬态信息。仿真及实验结果表明,该方法可以准确提取出旋转机械转速波动工况下的状态信息及故障特征,为后续故障精密诊断奠定基础。