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锐共振振动机振动同步性与振幅控制研究

作　者: 徐大鹿
导　师: 刘杰
学　校: 东北大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 振动利用工程 振动自同步 PID参数模糊自整定控制 锐共振
分类号: TB535
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 5次
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内容摘要


振动是日常生活中最常见的运动形式。近十几年来,振动利用工程得到了充分的发展。振动机械作为一种特殊的机械设备已在工业生产中得到广泛的应用。利用共振理论设计的锐共振振动机,具有比传统振动机械更为优越的性能,代表了未来振动机械的一个发展方向。所谓锐共振振动机,就是利用共振的原理,用较小的激振力即可以获得较大的振幅。但为了使振幅稳定,传统的振动机械绝大部分都工作在远超共振状态,而近共振振动机则用得较少,而且将共振频率比限制在z=0.8-0.9。随着电子计算机和控制技术的发展,控制成本逐年下降,近共振振动机振幅的稳定问题完全可以通过计算机控制加以解决,因此可以大幅度提高频率比,甚至可以使频率比达到1。在阻尼一定的条件下,频率比越接近1,所需的激振力就越小,频率比近似等于1(共振频率比z=0.9-1.1)的锐共振振动机的优点就可想而知了。本文应用共振理论,对锐共振振动机械进行动力学分析。通过推导系统的微分方程,计算出振动体的振幅,以及影响振幅稳定的上下质体频率比、质量比、阻尼比等参数。利用Matlab绘出当参数变化时,系统上、下质体振幅的变化曲线,分析了物料质量变化对系统上、下质体振幅的影响。另外,本文还对锐共振状态下空间双质体振动机,进行了同步性与同步稳定性分析,给出了影响二者的主要参数。利用Matlab提供的Simulink与Fuzzy Toolbox模块,对设计的PID参数模糊自整定控制器进行仿真。仿真结果表明,该控制器可对锐共振振动机的上质体进行实时控制,使其振幅稳定在设定值。应用锐共振实验台、变频调速器、加速度传感器、电荷放大器、工控机等设备结合Labview的数据采集模块、控制输出模块,进行振幅实时控制实验。通过实验结果与软件仿真的对比,可知所设计的PID参数模糊自整定控制器,满足预期的设计要求,且性能优于传统PID控制器。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 课题的提出  11-14
    1.1.1 振动利用工程概述  11-13
    1.1.2 振动机械的用途  13-14
  1.2 锐共振振动机的研究意义  14
  1.3 锐共振振动机的发展前景  14-15
  1.4 控制策略概述  15-17
  1.5 论文工作内容  17-19
第2章 锐共振振动机动力学分析  19-28
  2.1 锐共振振动机械理论基础  19
  2.2 锐共振机械的动力学模型  19-23
    2.2.1 无阻尼振动情况下动力学分析  20-21
    2.2.2 有阻尼振动情况下动力学分析  21-23
  2.3 动力学参数与幅频响应曲线关系分析  23-28
    2.3.1 阻尼比和质量比一定的情况  24-25
    2.3.2 阻尼比和上、下质体频率比一定的情况  25-28
第3章 锐共振状态下物料变化对振幅的影响  28-35
  3.1 锐共振振动机的随机摄动分析  28-31
  3.2 物料变化时系统响应特性分析  31-35
    3.2.1 物料质量均值为常数时系统响应特性分析  31-33
    3.2.2 物料质量均值变化时系统响应特性分析  33-35
第4章 锐共振状态下的自同步理论  35-50
  4.1 振动自同步理论与技术发展  35-37
    4.1.1 自同步振动机的自同步理论  35-36
    4.1.2 自同步振动机的技术发展  36-37
  4.2 自同步共振机在工程实际中的应用  37
  4.3 锐共振状态下自同步问题的研究  37-48
    4.3.1 锐共振状态下空间双质体振动机的运动方程及其求解  37-42
    4.3.2 锐共振振动机激振器主轴转动方程  42-46
    4.3.3 锐共振状态下空间双质体振动机同步性条件  46-47
    4.3.4 锐共振状态下空间双质体振动机自同步稳定性条件  47-48
  4.4 影响锐共振振动自同步的主要参数  48-50
第5章 锐共振状态下的振幅控制  50-75
  5.1 系统状态方程的建立  50-52
  5.2 PID控制器的设计  52-55
    5.2.1 PID控制器的特点  52-53
    5.2.2 PID控制策略  53-54
    5.2.3 PID控制算法  54-55
  5.3 模糊控制原理及模糊控制器特点  55-59
    5.3.1 模糊控制理论的产生与发展  55-56
    5.3.2 模糊控制的原理  56-58
    5.3.3 模糊控制器的特点  58-59
  5.4 PID参数模糊自整定控制器设计  59-72
    5.4.1 模糊控制器的设计要求  59-60
    5.4.2 精确量的模糊化过程  60-61
    5.4.3 模糊逻辑推理过程  61-62
    5.4.4 模糊量的精确化过程  62-64
    5.4.5 PID参数模糊自整定控制器的实现  64-65
    5.4.6 PID参数模糊自整定的控制算法  65-72
  5.5 PID参数模糊自整定控制系统仿真  72-75
第6章 锐共振振动机振幅控制与同步性实验  75-84
  6.1 锐共振振动机振幅控制实验  75-82
    6.1.1 锐共振振动实验台的机械部分  75-76
    6.1.2 锐共振振动实验台控制系统  76-79
    6.1.3 锐共振实验的软件系统  79-82
  6.2 锐共振振动机同步性实验  82-84
    6.2.1 同步性实验设备与原理  82-83
    6.2.2 锐共振状态下双电机同步性实验  83-84
第7章 结论与展望  84-86
  7.1 结论  84
  7.2 展望  84-86
参考文献  86-89
致谢  89

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 振动、噪声及其控制 > 振动和噪声的控制及其利用
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