多电机驱动振动机械同步理论的研究

论文摘要

在现代机械系统中,由多个部分组成的系统需要同步、协同和合作来完成统一的工作任务。在振动机械领域,为了满足不同的工艺要求,常需要两台或多台电机同时工作,并要求它们具有相同的速度和相位。研究振动机械系统的同步问题对更好地深入研究同步理论,拓宽应用领域,服务工程实际都具有重要的理论价值和现实意义。本文以自同步振动筛为研究对象,研究了作平面运动的自同步振动机械的同步理论。针对多电机同步驱动系统的同步目标,应用振动机械的理论及动态设计方法、振动同步与控制同步理论、现代控制理论及系统建模与仿真理论等,对振动系统进行动力学建模及分析,得出振动系统的同步性条件和稳定性条件。应用逻辑思维相似原理和传统PID算法相结合,建立了该模型的模糊控制PID控制算法。最后用MATLAB控制系统工具箱和SIMULINK中的模糊逻辑模块对控制系统进行了仿真和分析,具体内容如下：以自同步振动筛为研究对象,建立了作平面运动的自同步振动机简化的“弹簧-质量”系统力学模型。参照该力学模型得出振动机械体的振动方程,由系统动力学分析及运动学分析分别导出了同向和反向回转时振动机的运动轨迹,并在系统力矩平衡方程基础上导出其同步性条件及稳定性条件,对各种结果进行了分析。在此分析的基础上,考虑激振器的偏心质量距不等时系统的运动情况,推导出此时振动系统的运动轨迹及实现特定运动轨迹的同步性条件和稳定性条件,并对由于偏心质量距不等对系统造成的影响进行了分析。通过实验和仿真的手段分析了其他因素对振动机械的自同步造成的影响,对实验室ZZS40-70型直线振动筛和模拟试验台分别进行了空载测试,测量了开机时及达到稳态时筛体的振动加速度信号,研究了振动系统的运动特征、稳定性及其影响因素,为同步控制的后续研究奠定了基础。通过对各种参数的调整和设计仍无法使振动机实现自同步时,考虑采用控制同步。本文根据振动机械的特点提出了用单片机实现模糊控制的方案,介绍了电机速度的检测方法、系统的硬件和软件设计等。为了达到更好的同步控制精度,比较了各种现代控制方式的优劣,进一步采用了相应的控制方案。对传统的PID速度控制器和模糊PID速度控制器进行了仿真,并对仿真结果进行了分析,通过仿真表明该控制系统可以达到较好的控制效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的意义
• 1.2 振动同步研究的国内外现状
• 1.3 控制同步研究的国内外现状
• 1.4 本课题研究的内容及主要工作
• 第2章 多电机振动系统的自同步分析
• 2.1 前言
• 2.1.1 研究对象
• 2.1.2 力学模型的建立
• 2.2 同向回转自同步振动机械的同步理论
• 2.2.1 同向回转自同步振动系统运动微分方程的建立
• 2.2.2 稳定运转的同步性条件
• 2.2.3 两种同步运转状态及其稳定性条件
• 2.2.4 自同步振动系统的典型运动特征
• 2.3 反向回转自同步振动机械的同步理论
• 2.3.1 反向回转自同步特性
• 2.3.2 自同步振动系统的典型运动特征
• 2.4 两偏心质量距不等同向回转时的自同步特性分析
• 2.4.1 同向回转情况下系统运动微分方程的推导
• 2.4.2 同向回转时的同步性条件
• 2.4.3 同向回转情况两种同步运转状态及其稳定性条件
• 2.4.4 自同步振动系统的典型运动特征
• 2.5 偏心质量距不等反向回转自同步特性分析
• 2.5.1 自同步特性分析
• 2.5.2 自同步振动系统的典型运动特征
• 2.6 本章小结
• 第3章 自同步振动机械的动响应分析
• 3.1 前言
• 3.2 ZZS40-70型直线振动筛空载测试实验
• 3.2.1 振动筛结构参数
• 3.2.2 B&K振动测试分析系统
• 3.2.3 试验过程及结果分析
• 3.3 模拟试验台的试验及结果分析
• 3.3.1 偏心块质心位置的确定
• 3.3.2 试验及结果分析
• 3.4 自同步振动机的仿真分析
• 3.4.1 激振器偏心质量距对同步运动的影响
• 3.4.2 电机驱动力矩对同步运动的影响
• 3.5 本章小结
• 第4章 智能同步控制策略
• 4.1 前言
• 4.2 同步控制器的硬件设计
• 4.2.1 基于单片机的转速测量系统
• 4.2.2 电机转速测量
• 4.2.3 同步控制器的电路设计
• 4.3 同步控制系统的软件设计
• 4.3.1 PID控制器的设计
• 4.3.2 PID控制器参数的整定
• 4.3.3 模糊控制原理
• 4.3.4 模糊PID控制器的设计
• 4.3.5 PID参数的模糊调整规则
• 4.3.6 模糊推理及解模糊化
• 4.4 本章小结
• 第5章 同步控制器的设计与仿真
• 5.1 系统传递函数的建立
• 5.2 传统PID控制仿真
• 5.3 模糊PID控制仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢