四机驱动系统自同步理论研究

论文摘要

偏心转子的自同步现象是振动机械中著名的现象,它为振动机械的发展开拓了新的空间。自从发现机械系统的振动同步现象以来,自同步振动系统的机电耦合特性的研究已经有了近半个世纪的历史,国内外振动同步理论学者对自同步振动理论的发展做出了卓越的贡献,积累了大量的有价值的研究成果。现如今,振动机械已广泛的运用到现实生活中。但是,从振动同步理论的发展过程来看,到现阶段,所建立的理论基础大多以双偏心转子相位为参数,而对四个偏心转子相位为参数的研究很少。而在生产实际过程中,四机同步振动系统具有很多突出的有利于生产实际的优点,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、加深自同步振动理论,建立远共振系统的同步理论,为此类机械系统的设计和调试提供理论依据来指导生产实际,具有非常重要的理论研究意义和工程实际应用价值。本文主要研究了四机驱动振动系统的自同步理论,主要完成了以下几个方面的工作：(1)对惯性系统中偏心转子的受力情况进行了分析,运用位移矢量坐标求得系统动能、势能和能量逸散函数,并代入拉格朗日方程,得出了同向回转和反向回转四机驱动振动系统的数学模型。(2)运用机电耦合理论,研究了同向回转和反向回转四机驱动振动系统的自同步理论。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,以四转子的平均转速扰动系数和相位差转速的扰动系数为变量,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,给出了实现频率俘获的条件,得到了系统俘获频率和四偏心转子相位差计算的非线性方程组；最后,利用李亚普诺夫稳定性准则和劳斯胡尔维茨稳定性判据,得出了系统同步的稳定条件。(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：系统的俘获力矩会随着偏心转子的相位差角的增大而增大,会随着它的减小而减小,并且以阻力矩的形式作用在相位超前的转子上,限制其转速的增大,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)创造性地提出了运动选择理论,对四电机驱动振动系统进行了耦合动力学分析,解释并解决了四电机驱动的振动筛四个偏心转子相位差两两成π的问题,成功解决了四电机驱动系统自同步及其稳定性的问题。(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 圆运动四机驱动振动系统自同步理论分析
• 2.1 同向回转四机驱动振动系统的数学模型
• 2.2 异步电动机稳态电磁转矩的计算
• 2.3 同向回转四转子动力学耦合的频率俘获
• 2.3.1 四偏心转子的频率俘获方程
• 2.3.2 系统四偏心转子频率俘获条件
• 2.4 系统稳定性分析
• 2.5 本章结论
• 第3章 圆运动四机驱动系统耦合动力学特性分析和计算机仿真结果
• 3.1 圆运动四机驱动振动系统耦合动力学特性分析
• 3.2 计算机仿真结果
• 3.2.1 相同电机仿真结果
• 3.2.2 相异电机仿真结果
• 3.2.3 相异激振器仿真结果
• 3.3 本章结论
• 第4章 直线运动四机驱动振动系统自同步理论分析
• 4.1 反向回转四机驱动振动系统的数学模型
• 4.2 反向回转四转子动力学耦合的频率俘获
• 4.2.1 四偏心转子的频率俘获方程
• 4.2.2 系统四偏心转子频率俘获条件
• 4.3 系统稳定性分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 直线运动四机驱动振动系统计算机仿真结果
• 5.1 计算机仿真结果
• 5.1.1 相同电机仿真结果
• 5.1.2 相异电机仿真结果
• 5.1.3 相同电机的质心旋转振动筛仿真结果
• 5.1.4 相异电机的质心旋转振动筛仿真结果
• 5.2 本章结论
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢