反共振振动机的动力学研究与振幅控制

论文摘要

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。机械振动设备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。然而机械设备运转时所产生的振动,不仅影响本身的工作精度、结构强度和使用寿命,而且会对周围的仪器、设备和建筑物带来危害。并且振动引起的噪声还会影响人体的健康。因此,有效的隔离振动是非常必要的。工程上在振动的机器或仪器上安装由弹簧、阻尼器和质量块组成的装置,使大部分振动能量被这种装置吸收,从而起到减振的效果。利用减振理论设计的反共振振动机相比传统的振动机械具有更多的优越性,现已成为人们研究的热点。但是反共振振动机械在工作时都存在振幅不稳定的缺点,在实际应用之前必须进行充分的理论研究和实验证明。本文应用反共振理论和方法,对反共振振动机进行动力学分析。由拉格朗日方程推导出系统的微分方程,通过微分方程求解出上下质体的振幅。并通过简化得到影响振幅稳定的反共振频率比、质量比、阻尼比等参数。利用MATLAB绘图功能画出当参数发生变化时上下质体振幅的变化情况。利用MATLAB软件优化功能求出在给定系统初始值条件下的最优值。当工作体质量发生变化时,通过调节激振电机频率来满足上质体振幅稳定,下质体振幅最小的要求。由反共振振动机的微分方程建立状态空间方程。根据MATLAB提供的SIMULINK与FUZZY TOOLBOX设计模糊自整定PID参数控制器,并根据系统的空间状态方程进行仿真。应用变频调速器、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、实时采集反共振振动机上质体的振幅。通过LABVIEW输出功能控制变频器的输出频率,从而控制激振电机,实现振幅控制要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源及背景
• 1.1.1 反共振振动机概述
• 1.1.2 反共振振动机的研究意义
• 1.2 国内外研究现状及意义
• 1.2.1 反共振理论的发展及应用
• 1.2.2 反共振振动机振幅控制的发展概况
• 1.3 反共振振动机振幅控制方法概述
• 1.4 论文工作内容
• 第2章 反共振振动机的动力学参数分析
• 2.1 反共振振动机的理论基础
• 2.1.1 原点反共振振动机的原理及特性
• 2.1.2 跨点反共振振动机的原理及特性
• 2.2 反共振机振动机的力学模型
• 2.2.1 无阻尼振动情况下分析
• 2.2.2 有阻尼振动情况下分析
• 2.3 动力学参数对幅频响应曲线的影响
• 2.3.1 反共振频率比对幅频曲线的影响
• 2.3.2 质量比对幅频曲线的影响
• 2.4 上质体质量变化对系统振幅的影响
• 第3章 反共振振动机振幅控制的查表法
• 3.1 查表法原理
• 3.2 质量变化和反共振振动机振幅的关系
• 3.3 不同要求下的振幅控制研究
• 3.3.1 下质体振幅最小控制研究
• 3.3.2 上质体振幅稳定控制研究
• 3.3.3 上质体振幅稳定且下质体振幅最小控制研究
• 第4章 模糊自整定PID参数控制器的设计
• 4.1 系统状态空间方程建立
• 4.2 模糊控制器的特点与设计步骤
• 4.2.1 模糊控制器的特点
• 4.2.2 模糊控制器的设计步骤
• 4.3 模糊自整定PID参数控制器的设计
• 4.3.1 PID控制算法
• 4.3.2 模糊自整定PID参数控制器的设计
• 4.4 模糊自整定PID参数控制系统仿真
• 第5章 反共振振动机的振幅控制试验
• 5.1 反共振实验台的组成
• 5.1.1 反共振振动试验台机械部分
• 5.1.2 反共振振动试验台控制系统
• 5.2 数据采集
• 5.2.1 采样定理
• 5.2.2 模拟量输入
• 5.2.3 数据采集系统的构成
• 5.3 反共振振动机振幅控制系统
• 5.3.1 振幅检测模块设计
• 5.3.2 振幅控制模块设计
• 5.3.3 振幅控制系统集成
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢