基于FxLMS算法的齿轮传动系统振动噪声主动控制研究

摘要

齿轮作为一种通用件，是各种机械装备系统中的重要传动装置，在机械、交通、化工、航空、航天、船舶等行业的设备中起着非常关键的作用。实际应用中的齿轮不可避免地存在着制造、安装误差，在载荷的作用下轮齿将发生变形。这些误差和变形破坏了齿轮传动的啮合关系，使齿轮啮合时的位置相对于其理论位置发生偏离，从而使瞬时传动比发生变化，造成齿与齿之间的碰撞和冲击，形成了齿轮啮合的误差激励，从而产生振动和噪声。
　　 本文结合压电智能材料的应用，将主动控制技术用于齿轮啮合传动系统振动控制，基于轴横向振动主动控制思想，提出了一种齿轮箱内主动控制结构，使主动控制力以更直接的方式控制误差激励引起的振动响应。利用多组压电片在力学上串联、电学上并联的设计思想，构成压电堆作动器，基于FxLMS自适应算法，通过作动器输出的位移控制齿轮轴的弯曲振动，进而达到衰减振动和噪声的目的。具体工作包括以下几个方面：
　　 ①根据振动主动控制思想，确定了齿轮传动系统主动控制系统结构。基于FxLMS算法，引入确定性正弦周期信号作为激励源，对齿轮传动周期性振动进行了主动控制仿真，分析了FxLMS算法的收敛条件以及次级通道对性能的影响。
　　 ②首先建立了齿轮传动系统的虚拟样机，分析了系统的动态响应特性。然后导出虚拟样机模型，建立控制程序框图，进行了振动主动控制联合仿真研究，进一步验证了FxLMS算法在齿轮传动振动主动控制方面的有效性和可行性。
　　 ③设计加工并搭建了齿轮传动振动主动控制实验平台，完成了实验系统软硬件集成，通过实验分析了齿轮传动系统的动态响应特性和压电堆作动器的作动特性，为进一步进行齿轮传动振动主动控制方法的实验验证提供了基础。
　　 ④设计了Fuzzy、Fuzzy-PD和FxLMS三种不同的控制器，进行了硬件在环仿真实验研究。研究表明，Fuzzy控制、Fuzzy-PD控制和FxLMS控制在齿轮传动系统主动振动控制方面有较好效果。在低转速工况，FxLMS控制策略的控制效果最为明显。