轧机主传动系统冲击扭振及机电耦合振动特性研究

摘要

轧制生产过程中频繁出现的扭振失稳现象是一个迫切需要解决的行业难题。本课题以板带轧机为研究对象，深入研究主传动非线性冲击扭振系统的动力学行为，从机理上研究扭振的特征和规律；并从机电耦合角度，研究系统由于结构参数及负载端非线性摩阻变化诱发的失稳自激振荡；为抑制自激振荡，基于分岔控制理论设计控制器，对轧机机电耦合振动控制策略进行了研究。
　　首先，研究轧机传动系统扭振产生机理，基于广义耗散系统Lagrange原理，建立考虑非线性刚度、非线性阻尼及双重非线性的主传动扭振动力学方程，为进一步研究轧机扭振奠定基础。
　　其次，针对负荷扰动引起的轧机冲击扭振，建立含非线性刚度及非线性阻尼的主传动系统冲击扭振模型，分析其稳定性，采用多尺度法对冲击响应进行求解，通过对扭振响应的数值仿真研究非线性因素对冲击扭振的影响规律，得出抑制冲击扭振的方法。
　　再次，从机电耦合角度出发，针对交流电机驱动的轧机主传动系统存在的低频失稳振荡，建立电磁能与机械能耦联作用的主传动系统非线性动力学方程，采用多尺度和谐波平衡法求解系统的近似解析解，不经中心流形直接得到原系统的规范形，运用动态分岔理论研究周期解和概周期解的稳定性，给出稳定域边界条件，为轧机平稳运行提拱理论依据。
　　最后，针对负载端非线性摩阻引起的失稳振荡，基于Lagrange-Maxwell原理建立含非线性摩阻的主传动机电耦合动力学方程，研究系统发生Hopf分岔的充要条件及周期运动稳定性的判别方法，并构造状态反馈控制器，采用多尺度和谐波平衡法确定控制器参数，对系统的Hopf分岔点进行转移，并控制极限环的稳定性和幅值，数值仿真验证控制器的可行性和有效性。

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第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 轧机扭振的基本形式和特征

1.3 轧机主传动系统冲击扭振研究现状

1.4 轧机主传动机电耦合振动研究现状

1.5 本文主要研究内容

第2章 轧机主传动系统扭振模型

2.1 引言

2.2 轧机扭振产生机理研究

2.3 轧机主传动系统模型

2.4 本章小结

第3章 轧机主传动系统冲击扭振研究

3.1 引言

3.2 轧机主传动冲击扭振动力学方程

3.3 非线性冲击扭振系统的稳定性分析

3.4 冲击扭振响应求解

3.5 轴系非线性因素对冲击扭振的影响

3.6 本章小结

第4章 轧机主传动机电耦合振动特性研究

4.1 引言

4.2 机电耦合传动系统的动力学方程

4.3 机电耦合传动系统的规范形求解

4.4 系统分岔分析及稳定性研究

4.5 本章小结

第5章 轧机机电耦合振动的分岔控制研究

5.1 引言

5.2 机电耦合扭转系统的动力学方程

5.3 系统Hopf分岔特性研究

5.4 轧机机电耦合振动的分岔控制

5.5 控制系统的数值仿真

5.6 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

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