轧机主传动非线性系统的扭振分析及控制研究

论文摘要

现在各种轧机设备都朝着大型化和高速化方向发展，轧机轧制速度和强度一再提高，伴随着产量的不断提高，轧机主传动系统的扭振响应越来越明显。扭振的发生会影响到产品的质量，严重时甚至会损坏轧制设备，因此对轧机主传动系统的扭振研究具有重要的意义。本课题的研究对象为板带冷轧机，研究轧机主传动系统的扭振建模、求解、稳定性分析以及控制四个方面的问题，通过解析的方法给出了扭振系统的失稳机理，并提出了相应的控制策略，促进了轧机主传动系统扭振研究的发展。首先，考虑时变刚度和非线性阻尼的影响，建立了一类两质量轧机主传动系统扭振模型，通过多尺度方法对系统进行了求解，利用Hopf分岔理论分析了系统的分岔现象。其次，研究刚度强非线性轧机主传动扭振系统的稳定性，通过MLP方法求解了系统的近似解析解及频响方程，分析了各参数对系统振动的影响，结果表明外激励幅值的变化可能会使系统失稳并进入混沌运动状态，借助于分岔图、最大Lyapunov指数谱和Poincare截面图描述了整体的变化过程，通过外加恒定扭矩的方法对系统的混沌现象进行了控制。最后，从耦合角度出发，建立了轧机主传动耦合非线性系统的扭振模型，利用多尺度方法求得了系统的平均方程，给出了系统Hopf分岔的充要条件，为避免分岔对扭振系统运动的危害，通过构造状态反馈控制器实现了对系统Hopf分岔点的转移和分岔特性的控制，数值仿真验证了结论的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 轧机扭振研究现状
• 1.2.2 扭振控制技术研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 轧机主传动系统扭振基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 轧机主传动系统介绍
• 2.3 轧机传动系统扭振的原因
• 2.4 轧机扭振的基本形式和特征
• 2.5 轧机主传动系统扭振模型
• 2.5.1 两质量扭振模型
• 2.5.2 三质量轧机扭振模型
• 2.5.3 多质量轧机扭振模型
• 2.6 本章小结
• 第3章 轧机主传动时变扭振系统分析
• 3.1 引言
• 3.2 具有刚度激励和非线性阻尼的轧机扭振模型
• 3.3 具有刚度激励和非线性阻尼的轧机扭振系统摄动分析
• 3.4 具有刚度激励和非线性阻尼的轧机扭振系统稳定性
• 3.4.1 系统的 Hopf 分岔
• 3.4.2 周期运动稳定性
• 3.4.3 Hopf 分岔数值仿真
• 3.5 本章小结
• 第4章 轧机主传动强非线性系统扭振分析与控制
• 4.1 引言
• 4.2 具有强非线性刚度的轧机扭振模型
• 4.3 具有强非线性刚度的轧机扭振系统摄动分析
• 4.3.1 一阶近似解求解
• 4.3.2 频响方程
• 4.4 具有强非线性刚度的轧机扭振系统稳定性
• 4.4.1 频响分析
• 4.4.2 轧机扭振系统的混沌运动
• 4.5 具有强非线性刚度的轧机扭振系统混沌控制
• 4.6 本章小结
• 第5章 轧机主传动时变耦合系统扭振分析与控制
• 5.1 引言
• 5.2 具有耦合时变刚度的轧机扭振模型
• 5.3 具有耦合时变刚度的轧机扭振系统摄动分析
• 5.4 具有耦合时变刚度的轧机扭振系统稳定性
• 5.4.1 Hopf 分岔充要条件
• 5.4.2 周期运动稳定性
• 5.4.3 Hopf 分岔数值仿真
• 5.5 具有耦合时变刚度的轧机扭振系统反馈控制
• 5.5.1 受控系统摄动分析
• 5.5.2 Hopf 分岔点控制
• 5.5.3 稳定性控制
• 5.5.4 受控系统数值仿真
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介