基于遗传算法的内燃机轴系参数识别系统研究

论文摘要

内燃机运转时,曲轴系统受到大小和方向都做周期性变化的切向力和法向力的作用,使曲轴产生强迫扭转振动。由于曲轴系统装有转动惯量很大的部件,所以曲轴扭转振动的自振频率比较低,往往会在工作转速范围内产生共振。这样就会给内燃机工作可靠性、稳定性和内燃机性能带来很大的影响。 几十年来轴系扭振理论计算已经获得很大发展,轴系自由振动计算和强迫振动计算都有了一整套理论。但是计算所用参数的误差影响着理论计算结果的精度。扭转振动的理论计算方程是建立在轴系惯量、刚度、阻尼和激振力矩等参数基础之上的,如果上述参数的数值与实际情况存在较大误差,将导致扭转振动理论计算结果与实际扭振状况相差很大。这样就达不到通过理论计算,分析轴系扭振的目的。 另外,随着扭振计算和测试技术的发展,扭振计算参数还被用于内燃机作功状况诊断中,如扭振信号反算各气缸功率法(TVRS),但是TVRS法是建立在现代内燃机扭转振动理论计算和测量基础上的诊断方法,它需要充分利用被诊断内燃机的轴系惯量、刚度、阻尼参数及激振力矩等资料,内燃机各种结构参数的误差对诊断精度有着决定性的影响。 本文首次将遗传算法与内燃机轴系扭振计算方法相结合对内燃机轴系结构参数进行识别,克服了人工调节结构参数需专家进行,又难以多参数同时进行的弊端。本文在内燃机扭振分析系统软件(TVCA)的基础上,开发了基于遗传算法的内燃机轴系参数识别系统,并对内燃机轴系参数进行识别,取得了初步成果。 本文根据灵敏度的概念对轴系参数的灵敏度进行了初步探讨;给出了遗传算法中惯量刚度允许偏差的设定原则。提出了参数识别的三种的判停准则是:1、共振频率停止准则;2、综合幅值扭振曲线停止准则;3、单谐次扭振幅值停止准则。仿真研究和实际应用研究验证了基于遗传算法的内燃机轴系参数识别方法的正确性。 通过本文的研究,丰富了内燃机轴系参数识别技术,得出了一些有益的结论,为进一步进行内燃机轴系优化设计和故障诊断提供了技术基础。完善了便携式内燃机曲轴角振动测量与故障诊断系统(CTDS),具有较好的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 内燃机轴系参数识别研究的意义
• 1.2 常用内燃机轴系参数识别技术
• 1.2.1 转动惯量的确定方法
• 1.2.1.1 计算法
• 1.2.1.2 附加质量法
• 1.2.1.3 停油惰转法
• 1.2.1.4 瞬时转速法
• 1.2.2 轴系刚度的识别方法
• 1.2.2.1 经典计算法
• 1.2.2.2 有限元分析法
• 1.2.2.3 人工调整法
• 1.3 基于遗传算法的参数识别的技术及现状
• 1.4 本文的主要研究内容及技术路线
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 技术路线
• 第2章 基于遗传算法的内燃机轴系参数识别
• 2.1 遗传算法的历史背景
• 2.2 标准遗传算法
• 2.3 GA的特点
• 2.4 GA的关键问题
• 2.4.1 目标函数的确定
• 2.4.1.1 内燃机实际轴系的当量转化
• 2.4.1.2 自由扭转振动模型的基本原理
• 2.4.1.3 强迫扭转振动模型基本原理
• 2.4.2 编码与解码
• 2.4.2.1 编码
• 2.4.2.2 解码
• 2.4.3 确定GA算法本身的参数
• 2.5 标准遗传算法的局限
• 2.6 遗传算法改进研究
• 2.7 参数识别的停止准则
• 2.7.1.共振频率停止准则
• 2.7.2 扭振综合幅值曲线停止准则
• 2.7.3 单谐次扭振幅值停止准则
• 2.8 本章小结
• 第3章 CTDS2.0系统的软件开发与仿真研究
• 3.1 CTDS2.0系统的软件开发
• 3.1.1 软件的总体设计
• 3.1.2 CTDS2.0系统说明
• 3.1.2.1 参数识别
• 3.1.2.2 轴系参数优化设计
• 3.2 仿真研究
• 3.2.1 自由振动计算模型
• 3.2.1.1 参数灵敏度及惯量刚度允许偏差的设定原则
• 3.2.1.2 单参数仿真识别
• 3.2.1.3 多参数仿真识别
• 3.2.2 强迫振动计算模型
• 3.2.2.1 扭转振动综合幅值停止准则
• 3.2.2.2 单谐次扭振幅值停止准则
• 3.3 本章小结
• 第4章 应用研究
• 4.1 应用实例1——参数识别
• 4.1.1 扭振测量
• 4.1.2 数据整理
• 4.1.3 减振器刚度识别
• 4.2 应用实例2——故障分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文及参加科研课题