单自由度车辆悬挂系统非线性振动特性研究

对非线性弹簧与阻尼共同作用下的单自由度车辆悬挂系统进行振动特性研究.在研究中,建立单自由度非线性系统动力学模型,利用Melnikov方法分析悬挂系统发生混沌的临界条件,求出悬挂系统发生斯梅尔马蹄意义下混沌时的轨道激励幅值阈值,同时分析非线性刚度、悬挂阻尼等参数对悬挂系统混沌区域的影响.在进行单自由度车辆悬挂系统参数设计...     

一个三阶非线性系统混沌探讨及其混沌消除

大行程液压缸系统考虑液压弹簧刚度影响时,其数学模型展开后为a1y″′+c1y″+e1y′+g1y+(b1yy″′+d1yy″+f1yy′)=0。对该数学模型非线性行为进行探讨时,通过Lyapunov指数谱图证明了该模型能随着系数变化引发混沌,系统分岔图展示了系统随着系数变化走向混沌的道路。使用单变量线性反馈这一易于实现的控制方法能够消除该三阶系统的混沌现象,使系统稳定在规定的平衡点。     

碰摩转子系统的非线性振动特性研究

以航空发动机转子与静子的碰摩故障为研究对象，以刚度为分段线性的Jeffcott转子为模型，建立了系统的运动微分方程，以转子转速和不平衡量作为控制参数分析了系统非线性动力学中的分叉和混沌特性。     

一个新三阶混沌系统及其镇定

通过对三通阀控液压缸数学模型进行分析探讨,得到了一个非线性三阶系统,将该系统去掉一非线性项,发现了一个新的三阶混沌系统。分析给定参数值时系统相图和Lyapunov指数谱图,证实了该系统取特定值时为混沌状态;系统分岔图展示了该系统随所定参数变化走向混沌的道路。由于混沌现象对实际控制系统多是有害的,故需要寻求合适的控制策略来控制系统,以保证系统达到稳定状态,根据李雅普诺夫指数分配的方法,能够推导出能使该混沌系统镇定的控制器,且该控制器能使混沌系统镇定到期望状态。     

具有滞后非线性的汽车悬架中的混沌

研究了具有滞后非线性的单自由度汽车悬架在发生路面单频正弦激励下的受迫振动时的混沌运动。采用位移和速度三次方的数学模型,描述汽车悬架中的滞后非线性阻尼力。对运动微分方程进行无量纲化后。利用Mel-nikov方法给出了发生混沌运动的临界条件,并进行了数值模拟。分析了非线性阻尼力中的各系数对混沌的影响,并通过Poincare截面、相轨迹、时间历程和功率谱图及Lyapunov指数,揭示出在此类系统中存在混沌运动。     

齿轮耦合的转子轴承系统的不平衡响应

在考虑时变啮合刚度及齿侧间隙的情况下,建立了齿轮耦合的转子-轴承系统的多自由度非线性动力学模型。在一定的转速范围内,用数字仿真法研究了系统的不平衡响应。当转速增加接近第二阶临界转速时,系统经过一系列分岔后,将由周期、准周期运动转变为混沌运动。系统做混沌运动时,振幅及平均变形远大于其他转速下的振幅及平均变形。要想避开混沌运动,系统应该在非共振区工作。当转速超过某值时,混沌运动将激变为周期运动。在工程实际应用中,除混沌运动状态外,可用线性动力学模型来代替非线性模型。     

液压缸非线性刚度作用下的轧机辊系振动行为及控制

针对液压系统动态特性影响下的轧机振动问题,建立一种液压缸非线性刚度约束下的轧机辊系振动模型,采用平均法求得系统的幅频响应。在Lyapunov第二方法的基础上,设计了系统的反馈控制器。以轧机实际参数为例,仿真分析轧机辊系中非线性刚度系数、外激励和无杆腔初始位移等参数对幅频响应的影响,并研究外激励幅值和无杆腔初始位移等参数发生变化时的动态分岔特性,发现随着这些参数的变化,轧机辊系振动在周期运动、倍周期运动和混沌运动等多种运动状态之间交替变化;同时在系统中引入反馈控制,通过对比控制前后的时域曲线和相平面曲线,验证了反馈控制器的有效性。研究结果为提高轧机辊系稳定性提供了理论参考。     

具有弹性辐板的并车齿轮传动系统动力学特性研究

针对双发动机驱动的弹性辐板并车齿轮传动系统的扭转振动问题,采用集中参数法建立了并车齿轮传动系统的非线性动力学模型,用增量谐波平衡法求解得到了系统的非线性动力学响应。分析了辐板刚度和阻尼对传动系统振动的影响。数值研究结果表明:在不同的辐板刚度条件下,并车传动系统会出现次谐波响应、拟周期响应以及混沌响应等典型的非线性振动特性;当辐板刚度达到109N/m时,系统动载系数激增到最大值1.35;辐板阻尼对动载系数的影响也是非线性的,但总体上随着阻尼比的增加,动载系数呈下降的趋势。     

动态轧制过程下轧机辊系分岔与混沌特性

基于热连轧机的机械结构和工艺结构,考虑态轧制力对轧机振动的影响,建立了轧机辊系的非线性动态轧制振动模型。根据Lagrange原理,得到了轧机辊系的动力学方程,应用多尺度法求解了系统的分岔响应方程,采用奇异性理论分析得到了系统稳态响应的转迁集及其相应的分岔曲线拓扑结构,利用Melnikov函数法研究了系统发生分岔与混沌的参数临界条件。最后进行数值仿真,通过分岔混沌图、最大Lyapunov指数、相轨迹和Poincare截面验证了理论的有效性,这为抑制和控制轧机系统非线性振动提供了理论参考和借鉴。     

盾构推进液压缸刚度有限元分析

以实际盾构推进液压缸为研究对象,通过Pro/E软件建立液压缸的三维模型,利用ANSYS软件建立了球铰的刚度与液压缸的刚度的有限元模型,得出液压缸刚度与载荷成线性比例的关系。为盾构推进机构的刚度分析和推进系统的设计提供了一定的基础。     

飞机舵面液压助力器及舵面系统建模与性能仿真

以某型飞机飞行操纵系统典型液压助力器为研究对象,建立了液压助力器及舵面系统仿真分析模型。综合考虑油液刚度、结构刚度、摩擦、泄漏等非线性因素对系统的影响,推导出包含负载、活塞、缸体和阀芯动态的系统模型。针对助力器及舵面系统稳定性和静动态特性展开分析研究,阐述了关键参数对系统性能和稳定性的影响。仿真结果表明,该系统稳定性良好,响应迅速,具有良好的静动态性能。     

参数摄动对四足机器人液压驱动单元位置控制特性影响

高性能四足仿生机器人的设计要求驱动其关节运动的液压驱动单元具有良好的动态特性,但由于液压驱动单元工作参数摄动和其固有的复杂非线性,使得多数情况下液压驱动单元的控制性能受到制约.采用机理建模方法,针对四足机器人采用的一种对称阀控制对称缸的液压驱动单元结构,综合考虑控制器饱和特性、伺服阀压力-流量非线性、伺服缸活塞初始位置变化、库伦摩擦非线性等因素的影响,建立了液压驱动单元非线性数学模型,给出了其液压固有频率和阻尼比表达式;运用Matlab/Simulink软件系统搭建了其非线性仿真模型,在相同工况下,分析了不同控制器比例增益的液压驱动单元位移阶跃响应的仿真及试验结果,以验证仿真模型;并搭建了液压驱动单元性能测试试验台,通过仿真与试验分析,进一步研究了控制器比例增益、系统供油压力、液压驱动单元初始位移、负载力、负载质量、负载刚度对液压驱动单元动态特性的作用机理和影响规律.研究结果表明,建立的非线性数学模型准确、实用,且以上参数的改变均会对液压驱动单元位置控制特性产生不同程度的影响,其影响规律可为四足仿生机器人液压驱动单元控制器参数的在线优化奠定基础.     

阀控非对称缸的非线性建模及其反馈线性化

针对阀控非对称缸系统,分别推导了液压缸正反向运动时的状态方程,并最终统一成一个非线性模型。通过仿真和试验,验证了模型的准确性。在此基础上,采用非线性控制理论中的输入／输出精确线性化方法,通过非线性状态反馈变换获得了全局线性化模型,并对系统零动态稳定性进行了分析。该研究对采用线性控制理论实现液压伺服系统的高精度位置跟踪控制有一定的帮助。     

Chaotic Motion in a Nonlinear Car Model Excited by Multi-frequency Road Surface Profile

In order to solve the problem that existing nonlinear suspension models have not considered chaotic motion in primary and other resonances, and numerical calculation model is too simplified to capture the accurate critical conditions for the chaotic motion, a nonlinear suspension model and its new paths of chaos are investigated. Primary resonances, secondary resonances, and combined resonances are performed using multiple-time scales method. Based on the Melnikov functions, the critical conditions for the chaotic motion of the nonlinear system are found, which is 0.246 7 for the primary resonance, and 0.338 8 for the secondary resonance. The effects of parameters on chaotic range are considered, and results show that nonlinear stiffness of suspension k2 has the largest impact on the chaotic range while damping coefficient C1 has the smallest one. The chaotic responses on the area of the primary and secondary resonances are discussed via Lyapunov exponents and numerical integration of the equations of motion. It is found from Lyapunov exponents and Poincare′ maps that motions are chaos over critical conditions, and has shown two very different paths of chaos on the primary and secondary resonances. Chaotic motion patterns in the primary and secondary resonances are obtained with more accurate critical conditions, which is a necessary complement to nonlinear study in nonlinear suspension mode.     

Practical behavior of advanced non-linear hydraulic servo system model for a mold oscillating mechanism depending on line volume

We studied a mold oscillating mechanism for continuous casting. An equivalent hydraulic servo system model was established including a non-linear property and line volume near the hydraulic cylinder. The analysis focused on a practical behavior of the system. To observe an oscillated object and dynamic responses, an equivalent stiffness, damping ratio and simple mass-damper-spring 1-DOF model were established by Karl-Erik Rydberg’s research, and showed hydraulic cylinder pressure and line volume near the hydraulic cylinder. Especially, hydraulic pressure including statue of a mechanical and hydraulic cylinder was analyzed in the time and frequency domain. The results were validated by comparing responses between the 1-DOF model and the nonlinear hydraulic servo system model. The line volume that connects the hydraulic cylinder and the hydraulic servo valve has great effect on damping ratio and natural frequency of the hydraulic servo system. When the line pipe has high volume compared to normal statue, the hydraulic cylinder pressure has sharp peak frequencies that are located on natural frequency and its duple-harmonic terms with sideband peaks; (±2×exciting frequency) space. Based on this fact, we investigated the model using sensitivity analysis, and explained an oscillating mechanism about the mold oscillator by applying additional spring. A design of robust control for the mold oscillator was suggested by Negative strip time criterion, and maximum additional spring stiffness was shown.     

多非线性弹性约束下轧机辊系振动特性

考虑四辊轧机在轧制过程中液压压下缸和平衡缸的非线性弹性约束作用,建立轧机辊系的多分段非线性动力学方程。运用平均法求解系统的频率响应方程,并采用奇异性理论分析系统的分岔行为,得到系统的转迁集以及6组不同的分岔图。以轧机实际参数为例,分析各非线性参数对系统幅频特性曲线的影响,发现系统幅频曲线在各分段处具有向高频段拐弯的特性,适当选取系统参数可有效减小这种行为的发生,这为抑制轧机辊系振动提供了理论参考。     

力干扰下的电液位置系统自适应鲁棒控制

在建立整个电液位置伺服系统的非线性方程中，由于未考虑到外界的未知干扰和建模过程中参数的变化，即液压缸黏性阻尼系数、液压缸总泄漏系数、液压油弹性体积模量会随外负载、工作温度等不同条件发生变化，模型的准确性会受到影响。通过自适应的方法让相应的参数实时变化，提高整个系统的稳定性。通过干扰观测器补偿外界的未知状况，从而提高整个系统的鲁棒性。通过对设计的控制器进行试验，实现对干扰的抑制。试验结果显示，该控制器对电液位置伺服系统的鲁棒性有明显的提高。     

液压缸运动的非线性动态特征

根据非线性动力学的观点,通过理论分析和试验验证,研究非线性弹簧力和非线性摩擦力对液压缸动态特性的作用。得出三种不同节流调速回路工况下液体弹簧刚度随位移变化规律,发现不同工况各自呈现出软弹簧特性或硬弹簧特性。提出非线性弹簧力作用可以用有阻尼的Duffing方程描述,非线性摩擦力作用可以用Van Der Pol方程描述,非线性弹簧力和非线性摩擦力耦合作用可以用Lienard方程描述。指出液压缸低速爬行原因是在特定工况下软弹簧特性引起的“跳跃现象”和非线性摩擦力引起的自激振动共同作用的结果。方程的解在不同工作条件下具有不同的形态,说明液压缸非线性动态特性复杂多变。     

液压平衡回路动态特性仿真分析及实验研究

以一种液压举升系统的平衡回路为研究对象,根据实际工况,对平衡液压缸负载、平衡阀弹簧刚度及预紧力、控制阻尼孔大小等主要结构进行参数计算。运用AMESim仿真软件建立液压平衡回路的仿真模型,设置相关仿真参数并进行动态特性分析。设计了试验回路,对仿真的平衡回路进行台架试验,验证仿真分析的正确性,得出适当调整弹簧刚度、阻尼孔等结构参数可提高液压平衡回路工作性能,为液压平衡回路的优化设计及参数匹配提供借鉴。