直流电机驱动下轧机主传动机电耦合系统扭振分析及控制

摘要

轧机主传动系统是轧制设备的核心组成部分，在生产过程中经常由于系统故障而出现扭振现象，这对产品的质量和产量影响较大，有时甚至会导致轧制设备的损坏和生产线的停运，因此了解轧制设备的失稳机理并提出相应的控制策略具有重要的实际价值。轧机主传动系统由电气传动控制系统和机械传动系统组成，系统的稳定性由这两部分共同决定。本课题以轧机主传动系统为研究对象，考虑磁性回路下的机电耦合作用从而建立了非线性扭振模型，从系统如何建模到模型特性分析及系统的扭振控制三个方面对轧机非线性扭振系统展开研究，通过理论分析对系统的扭振机理及其控制策略进行了研究，进一步促进了非线性在理论研究和工程应用中的发展。
　　首先，考虑直流电机机械设备下不饱和磁性回路及轧制设备机电耦合作用，基于Lagrange-Maxwell原理建立了轧机主传动机电耦合扭振系统的动力学方程。
　　其次，通过Jacobian矩阵和Hurwitz判据分析轧机主传动机电耦合扭振系统的平衡点，以转动轴的扭转刚度为分岔参数，给出系统产生Hopf分岔的充要条件，并分析系统的分岔类型。为控制轧机主传动系统的分岔引入控制器，以Washout滤波器为控制器，引入Normal Form直接法详细讨论控制器参数对Hopf分岔点位置、分岔类型的影响。
　　最后，采用Lyapunov-Schmidt约化法将高维机电耦合系统降维，得到等价的低维分岔方程，利用奇异性理论研究了系统的静态分岔特性。选取扭转刚度和激励幅值为研究对象，通过数值方法法研究了系统的分岔图、最大Lyapunov指数图、相轨迹和Poincare截面图分别研究扭转刚度和外激励幅值对系统混沌运动的影响。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2轧机主传动扭振系统概述

1.3 非线性系统及分岔和混沌理论概述

1.4 课题研究现状

1.5 本文的主要内容

第2章 直流电机驱动下轧机扭振系统模型

2.1 引言

2.2轧机扭振机理简析

2.3轧机机电耦合扭振系统模型

2.4 本章小结

第3章 轧机机电耦合主传动系统Hopf分岔与控制研究

3.1 引言

3.2 轧机机电耦合主传动系统数据处理与分析

3.3轧机机电耦合系统振动特性分析

3.4 轧机机电耦合系统分岔控制

3.5 本章小结

第4章 轧机机电耦合系统静态分岔及混沌分析

4.1 引言

4.2 高维机电耦合系统静态分岔分析

4.3 轧机机电耦合系统的混沌分析

4.4 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