基于非线性自适应滤波算法的齿轮传动系统振动主动控制研究

摘要

齿轮是机械系统中应用最为广泛的传动装置，齿轮传动系统的振动控制一直受到人们的重视，特别是近年来为满足航空、航天、机器人等工业技术发展的需要，对齿轮传动的精度、振动、噪声和可靠性等提出了更为苛刻的要求。齿轮传动系统在实际应用中，不可避免地存在着制造、安装误差，以及在载荷的作用下产生的轮齿变形。这些误差和变形在齿轮传动过程中将会导致非线性因素，从而造成齿与齿之间的碰撞和冲击，形成齿轮啮合的内部激励，产生非线性振动。
　　本文针对齿轮传动系统的振动控制问题，基于轴弯曲振动主动控制思想，提出了一种应用于二级齿轮箱内的主动控制结构，将控制力直接作用在激励源附近，同时控制由两对齿轮啮合误差而产生的振动响应。以压电智能材料构建的压电堆为作动器，基于非线性自适应滤波算法，通过作动器输出的位移控制齿轮轴的弯曲振动，从而达到衰减齿轮传动系统的振动的目的。论文具体工作包括以下几个方面：
　　1为了分析齿轮系统的非线性动态响应特性，采用集中质量法建立了包含两对标准渐开线直齿圆柱齿轮的12自由度动力学模型，在该模型中考虑了齿轮传动系统的间隙非线性和时变啮合刚度。采用Newmark迭代算法对建立的动力学模型进行求解，分析了由接触损失引起的非线性动态响应，为之后的主动控制奠定基础。
　　2基于控制轴弯曲振动的理论，采用了齿轮箱体内作动器径向布置的齿轮传动系统振动主动控制结构。鉴于齿轮传动系统的非线性特性，采用了基于FxLMS改进的非线性自适应滤波算法的振动主动控制策略。阐述了非线性自适应滤波算法的基本原理，并构造了线性和非线性初级通道模型以及最小相位和非最小相位的次级通道模型，仿真对比分析了非线性自适应滤波算法与FxLMS算法的控制性能。
　　3讨论了用于齿轮传动系统振动主动控制系统中次级通道在线辨识的叠加噪声技术和直接估计误差技术的性能特点，并进行了振动主动控制仿真对比验证。
　　4搭建了二级齿轮传动系统振动主动控制实验平台，开展了振动主动控制研究。设计了基于非线性自适应滤波算法的双输入/双输出的主动控制器，采用直接估计误差技术进行在线辨识，对该二级齿轮传动系统进行振动主动控制研究，实验验证了控制器与控制结构的可行性和有效性，以及非线性自适应滤波算法在齿轮传动系统振动主动控制应用中的优越性。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究内容

2 齿轮传动系统非线性模型与动态特性

2.1 引言

2.2 齿轮传动系统的动态激励

2.3 齿轮传动系统模型与动态响应分析

2.4 本章小结

3 齿轮传动系统振动主动控制结构原理与控制算法

3.1 引言

3.2 齿轮传动系统振动主动控制结构原理

3.3 齿轮传动系统振动主动控制算法

3.4 振动主动控制算法仿真

3.5 本章小结

4 齿轮传动系统振动主动控制系统次级通道在线辨识

4.1 引言

4.2 振动主动控制系统次级通道在线辨识的算法

4.3 基于次级通道在线辨识的振动主动控制仿真

4.4本章小结

5 齿轮传动系统振动主动控制实验研究

5.1 引言

5.2 齿轮传动系统振动主动控制实验系统设计

5.3 控制器设计

5.4 齿轮传动系统振动主动控制实验结果与分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 研究工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目