多級齒輪傳動系統多諧波振動主動控制理論與方法研究

《多級齒輪傳動系統多諧波振動主動控制理論與方法研究》是依託華僑大學，由張鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：多級齒輪傳動系統多諧波振動主動控制理論與方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張鋒
• 依託單位：華僑大學

項目摘要

本項目針對我國大型裝備中大量套用的基礎傳動件發展的需求及面臨的共性關鍵技術問題，著重研究多級齒輪傳動系統面臨的複雜振動控制問題，通過對多級齒輪嚙合傳動系統動力學分析，提出採用一組壓電作動器的多級齒輪系統主動控制結構。通過對壓電作動器空間布置的拓撲最佳化確定其數目和位置。在控制器設計中，針對多級齒輪系統的多諧波複雜振動，為了克服FxLMS算法在齒輪系統振動主動控制中容易造成邊頻的振幅增大，甚至會激起新的振動頻率的不足，提出一種運用主成分分析法和改進的FxLMS算法結合的多輸入多輸出前饋自適應算法，利用主成分分析法簡化次級通道傳遞函式矩陣，降低控制難度的同時提高收斂速度，通過作動器抑制能量較高的多個諧波振動，從而降低多級齒輪系統的整體的振動水平。為滿足國民經濟及國防建設中高可靠、高性能、高精度傳動系統的需要提供理論基礎和技術保障。

結題摘要

本項目針對我國大型裝備中大量套用的基礎傳動件發展的需求及面臨的共性關鍵技術問題，著重研究多級齒輪傳動系統面臨的複雜振動控制問題，提出採用一組壓電作動器的多級齒輪系統主動控制結構進行主動控制。採用集中參數法建立了具有26自由度的多級齒輪傳動系統動力學模型，並採用Ritz法進行模態參數求解，與在ANSYS中求解的模態分析結果進行比較，初步驗證多級齒輪系統的建模的正確性。對齒輪箱體的模態分析確定振動能量的分布，並以此為依據對壓電作動器的布置進行最佳化，確定其數目和位置。控制算法是影響控制效果的主要因素，為了改善原有FxLMS算法在齒輪系統振動主動控制中收斂速度慢，穩態誤差較大的不足，分別提出了改進的FxLMS算法、FxRLS算法，以及自適應模糊PID控制等多種控制策略進行振動主動控制。為了驗證所提算法的有效性，在ADAMS中建立相應的虛擬樣機，導入在SIMULINK中建立的控制算法控制模組中，建立齒輪系統振動主動控制聯合仿真系統，在多種工況下進行仿真。仿真結果表明，3種振動主動控制系統對多級齒輪系統的振動均有明顯的衰減作用。針對多級齒輪系統振動主動控制所需參考信號的獲取問題，提出一種基於變步長無偏平滑梯度算法的二階IIR自適應陷波器方法，以通過齒輪箱實時振動信號線上估計嚙合基頻，仿真驗證了該陷波器能快速且準確地追蹤頻率變化。將兩個陷波器串聯構成級聯陷波器組，以二級齒輪箱振動加速度信號作為輸入，結果陷波器組快速且準確地估計出了兩個嚙合基頻，證明所提陷波器方法在多級齒輪箱多個嚙合基頻的線上實時估計套用中更具優越性。搭建了多級齒輪傳動系統多諧波振動主動控制實驗平台及其控制系統，由二級齒輪箱體、壓電作動器及電壓源、控制器、信號採集器構成的振動主動控制實驗系統，並進行了硬體在環仿真。實驗結果表明，在齒輪箱的輸入軸、輸出軸上對振動的衰減明顯，分別在基頻及二倍頻處有10dB的衰減。通過作動器抑制能量較高的多個諧波振動，從而降低多級齒輪系統的整體的振動水平。