可傾瓦軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)分析與主動(dòng)控制.pdf

1、隨著大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械向高轉(zhuǎn)速、高負(fù)載、高精度等方向發(fā)展，其核心部件軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力失穩(wěn)問題越來越突出。因此，需要深入研究軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性和失穩(wěn)機(jī)理以及其結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)對(duì)穩(wěn)定性的影響規(guī)律?；瑒?dòng)軸承的油膜力是其中極為典型的非線性因素之一，建立一個(gè)合理且易于解析處理的油膜力模型對(duì)于軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性分析和工程應(yīng)用都具有重要意義。另一方面，要對(duì)導(dǎo)致軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)力失穩(wěn)的因素加以控制，采用有效措施提高系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)

2、定性，轉(zhuǎn)子在工作中一旦出現(xiàn)異常振動(dòng)現(xiàn)象，要立即采取有效的糾正措施，避免動(dòng)力失穩(wěn)后產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。對(duì)于軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)控制問題，控制裝置的設(shè)計(jì)與控制器參數(shù)的調(diào)節(jié)在很大程度上決定了控制性能的好壞。
　　本文的研究工作主要集中在兩個(gè)方面，即可傾瓦軸承非線性油膜力解析模型的建立和軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制。首先建立了可傾瓦滑動(dòng)軸承的非線性油膜力解析模型，接著針對(duì)可傾瓦軸承—轉(zhuǎn)子系統(tǒng)油膜失穩(wěn)等問題采用主動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)進(jìn)行控制，并設(shè)計(jì)了

3、多種行之有效的控制器，計(jì)算分析在各種控制器作用下轉(zhuǎn)子系統(tǒng)油膜失穩(wěn)的控制情況，取得的主要成果有：
　　1.基于短軸承假設(shè)，建立了可傾瓦軸承非線性油膜力的解析模型。首先根據(jù)軸承單個(gè)瓦塊與轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)平衡關(guān)系和幾何關(guān)系，推導(dǎo)出了瓦塊擺角的計(jì)算公式，基于短軸承假設(shè)和Reynolds邊界條件求得了每個(gè)瓦塊上的油膜壓力分布，并采用油膜壓力的修正函數(shù)來確定油膜力的自由邊界條件，對(duì)每個(gè)瓦塊的油膜壓力進(jìn)行積分得到其油膜力，進(jìn)而將所有瓦塊的油膜力進(jìn)行矢

4、量求和得到了整個(gè)可傾瓦軸承的非線性油膜力的解析表達(dá)式。利用油膜力解析模型分析了可傾瓦軸承—非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性，通過和有限差分法導(dǎo)出的油膜力模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，證實(shí)了本文油膜力解析模型的有效性和實(shí)用性。
　　2.針對(duì)可傾瓦軸承—非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)存在的油膜渦動(dòng)等失穩(wěn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了基于PI、PID的主動(dòng)潤(rùn)滑控制系統(tǒng)。本文建立了基于電液控制系統(tǒng)的主動(dòng)可傾瓦軸承的動(dòng)力學(xué)模型，包括在主動(dòng)潤(rùn)滑下可傾瓦軸承的油膜厚度，主動(dòng)潤(rùn)滑Reynol

5、ds方程，電液控制系統(tǒng)方程等。為便于控制的實(shí)現(xiàn)，采用工程上常用的PI、PID控制器對(duì)可傾瓦軸承—非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，并分析其動(dòng)力學(xué)響應(yīng)。研究結(jié)果表明，在主動(dòng)潤(rùn)滑控制系統(tǒng)的作用下，轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動(dòng)得到很好的抑制，系統(tǒng)發(fā)生油膜渦動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速得到提高，系統(tǒng)穩(wěn)定工作的轉(zhuǎn)速范圍得到拓寬，并且發(fā)生油膜渦動(dòng)時(shí)系統(tǒng)的振幅也得到了抑制。
　　3.針對(duì)電液控制系統(tǒng)存在的高度非線性、時(shí)變不確定性等問題，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)主動(dòng)潤(rùn)滑控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。利用R

6、BF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來優(yōu)化常規(guī)的PID控制器的參數(shù)，處理液壓系統(tǒng)中的不確定性，以滿足液壓伺服系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能和靜態(tài)性能要求。針對(duì)主動(dòng)潤(rùn)滑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器。并采用基于這兩種控制器的主動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)對(duì)可傾瓦軸承—非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)進(jìn)行控制，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明，與PI、PID控制器的作用效果相比，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的主動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)在控制精度和動(dòng)態(tài)性能等方面的都有明顯的優(yōu)越性。
　　4.在利用神經(jīng)

7、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)化PID控制器參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了模糊PID和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器來改進(jìn)主動(dòng)潤(rùn)滑控制系統(tǒng)。將模糊控制不依賴精確模型、算法靈活而神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的魯棒性和非線性映射能力等特點(diǎn)相結(jié)合，采用模糊控制和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制在線整定PID控制器的參數(shù)。分析計(jì)算了基于模糊PID和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器作用下可傾瓦軸承—非對(duì)稱轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，與之前設(shè)計(jì)的控制器比較，模糊PID和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制具有更好的控制性能。

8、　　5.研究了一類可傾瓦軸承雙盤外伸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)分析和主動(dòng)控制問題?；谟邢拊ń⒘讼到y(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)方程，油膜力采用本文導(dǎo)出的可傾瓦軸承非線性油膜力解析模型。采用數(shù)值方法對(duì)該系統(tǒng)的耦合動(dòng)力學(xué)方程進(jìn)行求解，分析了轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)特性。在沒有主動(dòng)潤(rùn)滑的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的升高會(huì)出現(xiàn)油膜渦動(dòng)和油膜振蕩等失穩(wěn)現(xiàn)象，采用基于模糊PID和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制器的主動(dòng)潤(rùn)滑對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行控制的結(jié)果表明，主動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)能夠完全消除油膜振蕩