双电机驱动振动系统自同步与相位控制理论的研究

论文摘要

自从上世纪60年代,国内外学者对自同步振动系统的机电耦合特性就进行了大量的研究工作,得到了许多关键性的研究成果。但振动同步理论对电动机特性涉及比较少,而且建立的理论基础是仅以双偏心转子相位为可变参数,没有涉及到系统运行过程的频率俘获。且仅能讨论电动机的转子转动惯量及阻力系数相同的情况。而在生产实际过程中,即使相同型号的同一批电动机,其参数差异也在所难免。因此,利用机电耦合理论,进一步研究振动同步系统的动力学特征,发展自同步振动理论,为此类机械系统的设计提供理论依据,具有重要的理论研究意义和工程实际应用价值。本文主要研究了双电机驱动振动系统的自同步与相位控制理论,主要完成了以下几个方面的工作：（1）运用达朗伯原理,对惯性系统中两偏心转子的受力情况进行了分析,得出了同向回转双机驱动振动系统摆动运动、圆运动对两转子同步状态的影响。根据振动系统运动特点,提出由机体两对称点加速度观测两偏心转子相位差的方案,设计出了系统检测电路,解决了自同步系统双偏心转子的相位差检测难的问题。利用PI控制器,设计出相位差控制系统,通过计算机仿真证明上述方案的有效性。（2）运用机电耦合理论,研究了同向回转和反向回转双机驱动振动系统自同步理论。首先,利用异步电动机电压同步坐标系,导出了电动机稳态运行时电磁转矩与转速的关系；其次,以两转子的平均旋转频率和相位的瞬时波动系数为变量,通过耦合动力学分析,导出了自同步振动系统的频率俘获的方程,并提出“俘获力矩”的概念,给出了实现频率俘获的条件,得到了系统俘获频率和两偏心转子相位差计算的非线性方程组；最后,利用Routh-Hurwitz准则,得出系统同步的稳定条件及实现系统振动同步传动的条件。（3）根据理论分析,得出自同步振动系统频率俘获力矩的特征：即系统频率力矩与两偏心转子相位差正弦值之积的一半,以阻力矩形式作用在相位超前的转子上,限制其转速的增大,而另一半以驱动力矩形式作用在相位滞后的转子上,限制其转速的降低；当系统进入同步稳态运行状态时,系统俘获力矩对系统不做功。（4）利用耦合动力学理论,分析了同向和反向回转双机驱动振动两相异激振器的同步理论,得出了系统实现两相异激振器频率俘获的条件及同步状态的稳定性条件。（5）通过计算机仿真,证明了上述理论分析结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 机械系统同步研究的发展现状
• 1.2.1 振动同步的国内外研究发展现状
• 1.2.2 控制同步的国内外研究发展现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 双机驱动振动系统相位差的观测和控制
• 2.1 同向回转双机驱动振动系统的力学模型
• 2.2 振动系统两偏心块的受力分析及计算机仿真
• 2.2.1 双机驱动振动系统的自同步机制
• 2.2.2 计算机仿真结果
• 2.3 相位差的观测和控制
• 2.3.1 相位差的观测
• 2.3.2 相位差的控制
• 2.3.3 相位差观测和控制的计算机仿真结果
• 2.4 本章结论
• 第3章 同向回转双机驱动振动系统的自同步理论
• 3.1 同向回转双机驱动振动系统的数学模型
• 3.2 异步电动机准稳态电磁转矩的数学模型
• 3.3 同向回转双转子动力学耦合的频率俘获
• 3.3.1 两偏心转子的频率俘获方程
• 3.3.2 同向回转系统实现频率俘获的条件及稳定性条件
• 3.4 本章结论
• 第4章 反向回转双机驱动振动系统的自同步理论
• 4.1 反向回转双机驱动振动系统的数学模型
• 4.2 反向回转两偏心转子动力学耦合的频率俘获
• 4.2.1 两偏心转子的频率俘获方程
• 4.2.2 实现频率俘获条件及稳定性
• 4.3 本章结论
• 第5章 两相异激振器驱动振动系统的自同步理论
• 5.1 同向回转两相异激振器驱动振动系统的自同步理论
• 5.1.1 同向回转两相异激振器驱动自同步系统的数学模型
• 5.1.2 双转子动力学耦合的频率俘获
• 5.2 反向回转自同步振动机的自同步理论
• 5.2.1 反向回转两相异激振器驱动自同步系统的数学模型
• 5.2.2 两偏心转子动力学耦合的频率俘获
• 5.3 计算机仿真结果
• 5.4 本章结论
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表论文情况