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基于自抗扰控制的轮毂电机驱动电动汽车耦合振动抑制

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汽车技术 2023年第5期 8-14页

作者：张海军万少华张明杰湖北文理学院纯电动汽车动力系统设计与测试湖北省重点实验室襄阳441053

针对路面随机激励和轮毂电机不平衡电磁激励引起的电磁耦合振动对轮毂电机驱动电动汽车的影响,提出一种基于自抗扰的振动抑制方法。建立车辆1/4振动系统数学模型,设计了一种基于自抗扰的控制器,将路面随机激励和电机自身产生的电磁激励... 详细信息

针对路面随机激励和轮毂电机不平衡电磁激励引起的电磁耦合振动对轮毂电机驱动电动汽车的影响,提出一种基于自抗扰的振动抑制方法。建立车辆1/4振动系统数学模型,设计了一种基于自抗扰的控制器,将路面随机激励和电机自身产生的电磁激励视为总扰动进行统一观测补偿控制,并通过MATLAB/Simulink对所提出的控制策略进行仿真验证。结果表明,自抗扰控制对由路面不平度和偏心电磁力引起的电磁耦合振动具有较好的抑制效果。

关键词：轮毂电机随机激励耦合振动自抗扰控制

钻井液流变性对转盘钻井钻柱耦合振动抑制的参数影响研究

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机械工程学报 2023年

作者：陈益丽柳军梁爽西南石油大学机电工程学院成都大学机械工程学院

当钻头钻进时，环空内的钻井液因混合大量岩屑会表现出较强的非牛顿流变性，对钻柱振动行为产生较大影响。采用Hamilton变分原理建立了转盘钻井钻柱纵-横-扭耦合(Axial-lateral-torsional coupling, ALTC)非线性动力学模型，模型充分考... 详细信息

当钻头钻进时，环空内的钻井液因混合大量岩屑会表现出较强的非牛顿流变性，对钻柱振动行为产生较大影响。采用Hamilton变分原理建立了转盘钻井钻柱纵-横-扭耦合(Axial-lateral-torsional coupling, ALTC)非线性动力学模型，模型充分考虑了钻柱结构阻尼、钻井液非牛顿流变阻尼、钻头-岩石互作用及钻柱-井壁接触等因素的影响。提出一种瑞利阻尼矩阵计算方法，采用纵、横、扭、纵-横、横-扭、纵-扭阻尼矩阵联合求得纵-横-扭耦合阻尼矩阵，实现了在钻柱ALTC振动阻尼中考虑钻井液的影响。采用有限元法结合Newmark-β法实现了系统非线性振动模型的离散及求解，并借助现场实测数据验证了模型的有效性。利用模型探究了钻井液流变参数对钻柱ALTC振动响应的影响机理，结果表明：较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τHy=7, k=5)，及较小的幂律指数(n=0.2)可更好抑制钻柱系统纵向振动，降低跳钻风险；较大的钻井液屈服应力和稠度系数(τHy=7, k=5)，幂律指数n=0.8可更好抑制钻柱系统横向振动，保持井眼直径；较大的稠度系数和幂律指数(k=5, n≥0.8)可更好抑制钻柱系统粘滑振动，提高机械钻速。研究结果可为优化钻柱及钻井液参数，降低钻柱有害振动，提高钻井效率提供理论支撑。

关键词：转盘钻井钻柱振动耦合振动钻井液流变性粘滑振动

轮胎参数对双轮式起落架刹车耦合振动影响研究

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航空工程进展 2023年第6期14卷 56-62页

作者：冯广尹乔之杨乐张颂旸宋佳翼中航飞机起落架有限责任公司长沙410200 中南大学机电工程学院长沙410083 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

目前对飞机起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在考虑轮胎参数影响的起落架纵向单自由度振动特性分析,对于多自由度低频刹车耦合振动的特性研究不足。基于Simcenter 3D动力学分析软件建立双轮支柱式起落架刚柔耦合整机滑跑刹车... 详细信息

目前对飞机起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在考虑轮胎参数影响的起落架纵向单自由度振动特性分析,对于多自由度低频刹车耦合振动的特性研究不足。基于Simcenter 3D动力学分析软件建立双轮支柱式起落架刚柔耦合整机滑跑刹车分析模型,研究轮胎竖向刚度和侧偏刚度对双轮支柱式起落架低频刹车纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动的影响。结果表明:轮胎的竖向刚度对起落架横向和扭转方向上的振动影响较大,轮胎竖向刚度变化33%,横向和扭转方向上的振动变化5%左右;轮胎的侧偏刚度对起落架低频刹车横向上的振动影响较大,轮胎侧偏刚度变化33%,横向上的振动变化15%左右。

关键词：双轮起落架刚柔耦合模型耦合振动非对称刹车

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中低速磁浮道岔处车轨耦合振动抑制方法研究

机车电传动 2022年第5期 49-55页

作者：侯龙刚梁树林池茂儒西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

在中低速磁浮车轨耦合系统中,道岔作为磁浮车辆运行换线的重要组成部分,其主梁多采用模态频率和阻尼相对较低的辐板或箱型钢梁结构。当磁浮车辆以一定速度通过道岔时,易与道岔发生耦合振动,影响车辆的运行平稳性和行车安全。为此,文章... 详细信息

在中低速磁浮车轨耦合系统中,道岔作为磁浮车辆运行换线的重要组成部分,其主梁多采用模态频率和阻尼相对较低的辐板或箱型钢梁结构。当磁浮车辆以一定速度通过道岔时,易与道岔发生耦合振动,影响车辆的运行平稳性和行车安全。为此,文章以长沙中低速磁浮车辆为原型,建立了“磁浮车辆-道岔梁”耦合系统模型,通过研究耦合系统的磁轨相互作用关系和振动控制方法,分析了“磁浮车辆-道岔梁”耦合系统的振动响应和影响因素,提出了一种基于动力吸振的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD),并论证了其对“磁浮车辆-道岔梁”耦合系统振动响应抑制的有效性。研究结果表明,控制系统反馈系数可不同程度地改变耦合系统的磁轨相互作用关系,其中间隙反馈系数和速度反馈系数影响作用明显;同时,车速对车体和道岔主动梁振动响应影响显著,尤其是当中低速磁浮车辆以40 km/h以下的速度通过变截面道岔钢梁时。在磁浮车辆运行过程中,道岔梁的低阶模态更容易被激发,是导致“磁浮车辆-道岔”耦合系统发生共振的关键因素。调谐质量阻尼器装置的原理是通过增减装置配重块质量,将TMD装置振动频率调整至道岔梁主结构振动耦合频率附近,利用动力吸振的方式改变道岔梁的共振特性,进而达到抑制道岔梁耦合振动的效果。文章通过对比分析表明,TMD控制器对改善“磁浮车辆-道岔”耦合系统稳定性效果明显,是一种有效的耦合振动控制措施。

关键词：中低速磁浮耦合振动变截面道岔梁 TMD控制悬浮稳定性城市轨道交通

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双轮支柱式起落架低频刹车耦合振动性能研究

航空工程进展 2022年第5期13卷 69-77,94页

作者：陈帅尹乔之宋佳翼魏小辉张颂旸南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室南京210016

当前对于起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在纵向单自由度振动方面。建立双轮支柱式起落架多自由度低频刹车耦合振动多体动力学模型,在机身与主起落架连接处采用六自由度衬套模型模拟起落架支柱纵向、横向和扭转刚度及结构阻尼... 详细信息

当前对于起落架低频刹车耦合振动问题的研究主要停留在纵向单自由度振动方面。建立双轮支柱式起落架多自由度低频刹车耦合振动多体动力学模型,在机身与主起落架连接处采用六自由度衬套模型模拟起落架支柱纵向、横向和扭转刚度及结构阻尼,对起落架纵向、横向以及扭转多自由度耦合振动特性进行分析。结果表明:低频刹车情况下起落架支柱刚度与刹车力矩幅值对于耦合振动的振幅、加速度、载荷影响较大;提高起落架结构刚度、阻尼、刹车力矩频率,减小刹车力矩幅值可以抑制起落架刹车耦合振动现象;双轮支柱式起落架左右机轮非对称刹车工况下,起落架会发生纵向、横向和扭转的多自由度耦合振动,并且随着非对称刹车力矩频率与幅值差距的增加,耦合振动现象加剧。

关键词：双轮起落架多体动力学耦合振动低频非对称刹车

桥梁有限元模型修正及风-车-桥耦合振动研究

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桥梁有限元模型修正及风-车-桥耦合振动研究

作者：郭明浩北京建筑大学

学位级别：硕士

大跨度桥梁柔性较大,在路面粗糙度激励下,车辆与桥梁会产生耦合振动效应。当车辆和桥梁受到风荷载激励时,车辆会在侧向风的作用下产生横向力和倾覆力矩,从而显著改变车辆的振动特性。桥梁在脉动风的作用下也会产生颤振或抖振。这几种振... 详细信息

大跨度桥梁柔性较大,在路面粗糙度激励下,车辆与桥梁会产生耦合振动效应。当车辆和桥梁受到风荷载激励时,车辆会在侧向风的作用下产生横向力和倾覆力矩,从而显著改变车辆的振动特性。桥梁在脉动风的作用下也会产生颤振或抖振。这几种振动模式的叠加及耦合效应将会加剧桥梁与车辆的振动响应。为了保证桥梁结构的自身安全及桥上运行车辆的安全性和舒适性,研究桥址区风速的预测以及风荷载作用下车辆和桥梁的动力相互作用具有重要意义。在工程应用中,通常依据竣工图纸建立桥梁有限元初始模型,而实际桥梁在服役一段时间后往往会出现结构损伤、材料老化等各种病害,导致所建立的有限元模型不能反映桥梁的实际状态。所以在进行风-车-桥耦合振动研究前,建立准确而精细化的有限元模型是开展系列工作的重要前提。本文为解决以上问题,进行了深入且系统的研究,主要工作如下:(1)以青洲大桥为工程背景,建立桥梁初始有限元模型。以前5阶自振频率作为响应值,选取主梁、桥面板、斜拉索的弹性模型和容重为待修正参数。引入麻雀搜索算法(SSA)并结合响应面方法修正初始有限元模型。修正后模型计算值更接近桥梁静动载试验结果,验证了方法的可靠性。(2)提出了一种结合经验模态分解法(EMD)、SSA、双向长短期记忆网络模型(Bi LSTM)的风速预测方法。对比不同预测方法的结果,证明了此方法的优越性和预测精准度。并应用该方法对青洲大桥桥址区风速进行预测,为后续风荷载模型的建立奠定基础,验证风荷载模型的准确性。(3)利用修正后的青洲大桥有限元模型,分别考虑作用在桥梁上的静风力、抖振风力和自激风力以及作用在车上的静风力和抖振风力,建立风-汽车-桥梁的耦合振动模型,并编制相应的计算程序。全面分析了风荷载作用效应、风速、车速、桥面等级、桥梁风攻角、车辆载重及风速和车速综合影响等因素对车辆和桥梁的动力响应,并进一步分析不同工况下的行车舒适性。

关键词：有限元模型修正响应面法麻雀搜索算法短期风速预测风-车-桥系统耦合振动动力响应

中低速磁浮车辆与侧向位道岔梁耦合振动仿真分析

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中低速磁浮车辆与侧向位道岔梁耦合振动仿真分析

作者：赵逸凡西南交通大学

学位级别：硕士

近年来,中低速磁浮交通的建设在全国展开,以其占地少、造价低、噪声小等优势,逐渐进入到市民的生活之中。钢结构道岔用于磁浮交通中车辆换线或连接库线,相较正线混凝土简支梁自重与阻尼较小,下部约束较弱,容易在列车通过时发生强烈的耦... 详细信息

近年来,中低速磁浮交通的建设在全国展开,以其占地少、造价低、噪声小等优势,逐渐进入到市民的生活之中。钢结构道岔用于磁浮交通中车辆换线或连接库线,相较正线混凝土简支梁自重与阻尼较小,下部约束较弱,容易在列车通过时发生强烈的耦合振动。经过多年来专家学者们深入的研究,已经探寻出了一些强烈振动的原因及相应的减振措施。然而目前已有的研究及试验多关注列车直向过岔,对侧向过岔时的车–岔耦合振动研究很少,事实上在运营线上已经发现磁浮列车在侧向过岔时出现过明显的横向晃动,且道岔区间F轨外侧存在划痕,说明电磁铁模块的横向止挡和F轨之间发生了机械碰撞与摩擦。为了探寻改善磁浮道岔运用安全性和列车过岔平稳性的技术对策,本文就磁浮列车与侧向位道岔梁耦合振动规律进行研究与总结,以期为我国中低速磁浮交通道岔系统的安全运用与结构优化提供理论依据和应用参考。首先,结合国内某中低速磁浮旅游线工程项目,建立了中低速磁浮列车–侧向位道岔梁耦合振动分析模型,使用UM软件建立了考虑迫导向机构与电磁铁横向止挡等的磁浮车辆动力学模型,PID控制系统采用Matlab/Simulink搭建,使用Hypermesh建立了包含主动梁、从动梁和角平分装置的侧向位道岔结构的有限元模型。其次,根据现场实测数据验证车辆与道岔模型后,利用UM软件仿真计算了两节编组磁浮列车以不同速度侧向通过道岔时车辆系统与道岔结构的动力学响应,结果表明,当列车以10km/h速度侧向过岔时,耦合振动系统的动力学指标均符合规范要求,但侧向过岔过程中存在止挡与F轨之间的碰撞。侧向过岔速度超过15 km/h时,车体横向加速度已经超出了规范中的规定;第1位悬浮架前端悬浮间隙波动量较大,有悬浮失稳的风险,在实际工程运用时应谨慎选择列车侧向过岔速度。最后,以10 km/h的仿真结果作为对照,探究了道岔结构参数和车辆系统参数对车–岔耦合振动响应的影响。结果表明:若取消角平分装置,道岔结构与车辆系统横向动力学响应明显增大,车体前端横向加速度由1.50 m/s增大至2.11 m/s,已接近规范中规定的限值。减小道岔转辙角度后,道岔的横向动力学响应均有所减小,列车在侧向过岔的过程中车体与悬浮架横向加速度、磁铁横移量等响应减小,但是主动梁支承台车数量对车–岔耦合振动响应影响不大。增大电磁铁横向止挡间隙和滑台行程均可减小车–岔间的横向动力学响应,增大滑台行程的效果尤为明显。滑台行程扩大30 mm时,主动梁与车辆系统的横向动力学响应明显减小,第1位悬浮架前端横移量由27.28 mm减小至16.58 mm,悬浮失稳的风险降低,止挡与F轨间的相互冲击作用减弱。

关键词：中低速磁浮车辆关节型道岔侧线钢梁耦合振动有限元方法

基于谱几何法的电主轴中主轴单元的耦合振动特性研究

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基于谱几何法的电主轴中主轴单元的耦合振动特性研究

作者：王昊太原科技大学

学位级别：硕士

电主轴是一种数控加工装备的核心功能部件,其中主轴单元耦合振动是影响电主轴加工精度的重要原因之一,建立电主轴中主轴单元横向、纵向以及扭转耦合振动模型对加工精度的量化分析具有重要意义。振动特性研究中,主轴单元多简化为弹性梁... 详细信息

电主轴是一种数控加工装备的核心功能部件,其中主轴单元耦合振动是影响电主轴加工精度的重要原因之一,建立电主轴中主轴单元横向、纵向以及扭转耦合振动模型对加工精度的量化分析具有重要意义。振动特性研究中,主轴单元多简化为弹性梁模型。为了实现弹性梁模型的参数化研究和边界刚度灵敏度研究,本文围绕弹性梁模型的动力学建模问题,开展了如下研究工作:首先,将电主轴中的主轴单元简化为弹性单段梁,采用谱几何法建立了任意边界条件下弹性单段梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性单段梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种改进的傅里叶级数;在弹性单段梁两端引入边界约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件;应用Hamilton原理推导整个结构的Lagrangian函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性单段梁模型不同边界下前7阶固有频率,当级数截断数N取12时与文献和有限元解对比最大误差为1.51%,验证了文中方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性单段梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和相应的模态特性求解方程。然后,将电主轴中的主轴单元简化为弹性多段梁,采用谱几何法建立了任意边界条件和耦合条件下弹性多段梁横向、纵向和扭转耦合振动分析模型。将弹性多段梁的横向、纵向和扭转振动位移函数分别描述为一种改进的傅里叶级数;在弹性多段梁两端和耦合处引入约束弹簧组,通过改变其刚度值模拟任意边界条件和耦合条件;应用Hamilton原理推导整个结构的Lagrangian函数;采用Ritz法对其进行求解。计算了弹性多段梁模型不同边界下前7阶固有频率,当级数截断数N取12时与文献和有限元解对比最大误差为0.27%,验证了文中方法的正确性和较快的收敛性。该模型统一了弹性多段梁横向、纵向和扭转振动的位移函数表示形式和相应的模态特性求解方程。在弹性多段梁模型横向、纵向和扭转耦合振动建模的基础上,对弹性多段梁模型进行参数化研究及边界刚度灵敏度研究。利用建立的弹性多段梁耦合振动分析模型,讨论多段梁几何尺寸、材料参数及两端和耦合处约束弹簧刚度系数对多段梁横向、纵向和扭转振动特性的影响。所研究影响规律可以对结构动态设计,实现减振目标提供参考,为弹性多段梁动力学性能优化提供了一种参数化的研究方法。

关键词：多段梁耦合振动谱几何法任意边界条件任意耦合条件

矿井支护锚杆钻孔耦合振动机理及被动减振研究

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矿井支护锚杆钻孔耦合振动机理及被动减振研究

作者：马立腾安徽工程大学

学位级别：硕士

锚杆钻机是煤矿支护关键机械设备,当前煤矿巷道支护技术发展趋于智能化,锚杆钻机由人工手持逐渐替换为机械臂夹持。施工时,因不同岩土参数、轴向推力、扭矩等综合激励,钻杆将发生复杂的振动现象,各种振动之间相互影响,形成非线性耦合振... 详细信息

锚杆钻机是煤矿支护关键机械设备,当前煤矿巷道支护技术发展趋于智能化,锚杆钻机由人工手持逐渐替换为机械臂夹持。施工时,因不同岩土参数、轴向推力、扭矩等综合激励,钻杆将发生复杂的振动现象,各种振动之间相互影响,形成非线性耦合振动。钻机系统各自由度的激励沿机械臂振动传递至基座,使锚护钻孔机械臂发生剧烈振动,其振动问题制约着煤矿巷道支护效果的提高。为了克服上述问题,探究锚杆钻孔耦合振动机理、锚杆钻机沿机械臂振动传递机理和被动减振器设计方法具有重要价值。基于能量法及有限单元法,建立钻杆横向、纵向、扭转耦合振动动力学模型,通过单元连接顺序,组集整体质量、刚度、阻尼、力载荷矩阵,建立钻杆边界条件表达式,研究六自由度动力学降阶模型,探索钻杆纵-横-扭耦合振动的规律及变化趋势;为了探索锚杆钻机沿机械臂振动传递机理,通过模态叠加法,建立基座响应幅值矩阵,采用力雅可比矩阵,探索机械臂基座响应点的外载荷,利用多级传递路径分析（MTPA）方法,研究机械臂各子系统的六自由度频率响应函数,探索机械臂基座的各自由度振动响应;为了克服现有被动减振技术存在的缺陷,通过设计多自由度高阻尼粘滞流体减振器,研究圆通孔流体及弹簧-流体耦合阻尼系数表达式,通过正交实验法,遴选最佳参数设计方案,力图达到减振器最佳阻尼输出效果。本文的主要研究工作及成果如下。（1）研究锚杆钻孔纵-横-扭耦合振动机理。基于能量法及有限单元法,建立了钻杆横-纵-扭转耦合振动动力学模型;以单元连接顺序,组集了整体矩阵;以钻杆钻进为边界条件,构建了降阶模型;泥岩钻进仿真表明:钻杆振动位移由大到小依次为:纵向,扭转,横向振动位移,钻杆尾端纵向、扭转振动位移相较于钻头分别减小了93.2%、84.7%,扰动力及反扭矩是诱发钻杆耦合振动的主要原因。（2）研究锚杆钻机沿机械臂振动传递机理。基于多级传递路径分析方法、模态叠加法,建立了由锚护钻孔机械臂各关节构成的子系统振动传递模型,搭建其频率响应函数矩阵;采用力雅可比矩阵,对钻机激振力沿机械臂传递至基座进行受力分析,识别基座响应点所受的外载荷;获得了基座各自由度振动响应、共振峰频率。揭示了锚杆钻机振动沿机械臂传递规律,为减振技术的开发及减振器设计提供理论基础。（3）研究多自由度高阻尼粘滞流体减振器机械结构。基于被动减振原理,利用固体元件、弹簧元件及粘滞流体,实现了多个空间自由度减振,每一个空间自由度均有与其对应的减振装置及方法,且可同时进行多自由度减振,为后续探究减振器的最佳减振性能奠定基础。（4）研究多自由度高阻尼粘滞流体减振器最佳阻尼系数。利用（1）、（2）及（3）中得到的耦合振动、沿机械臂振动传递机理及减振器机械结构,通过伯努利方程推广式与动力学方程,构建了流体、流体-弹簧耦合阻尼系数方程;利用正交实验法,通过FLUENT、SIMULATION依次进行流场分析、弹簧-流体耦合动力学仿真,确定相关参数对阻尼输出的影响。理论分析表明,基座各自由度减振后振幅分别减小68.32%、49.82%、52.17%、49.01%、57.09%,具备良好的减振性能。

关键词：锚杆钻机耦合振动有限单元法多级传递路径分析粘滞流体减振器