三級項目齒輪傳動的動力學(xué)分析

1、 燕山大學(xué)控制工程基礎(chǔ)三級項目 齒輪傳動的動力學(xué)分析 匯報書 學(xué)院：機械工程學(xué)院 班級： 開課學(xué)期： 2013年秋季學(xué)期 指導(dǎo)老師： 小組成員: 2013年11月16日 目錄小組成員基本信息2緒論41研究背景42研究目的53研究內(nèi)容5系統(tǒng)建模研究61根據(jù)簡化力學(xué)模型建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)62畫出系統(tǒng)框圖92畫出系統(tǒng)框圖93仿真分析9結(jié)論18心得體會18緒論1研究背景 電動機通過變速齒輪箱帶動負載工作是非?；镜膫鲃臃绞?，因此應(yīng)用十分廣泛。研究其動力學(xué)問題，具有重要的實際意義，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性，準確性，從而更好的應(yīng)用該系統(tǒng)。 變頻電機采用“專用變頻感應(yīng)電動機+變頻器”的交流調(diào)速方式，使

2、機械自動化程度和生產(chǎn)效率大為提高設(shè)備小型化、增加舒適性，目前正取代傳統(tǒng)的機械調(diào)速和直流調(diào)速方案。變頻專用電動機具有如下特點：1 B級溫升設(shè)計，F(xiàn)級絕緣制造。采用高分子絕緣材料及真空壓力浸漆制造工藝以及采用特殊的絕緣結(jié)構(gòu)，使電氣繞組采用絕緣耐壓及機械強度有很大提高，足以勝任馬達之高速運轉(zhuǎn)及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對絕緣之破壞。2 平衡質(zhì)量高，震動等級為R級（降振級）機械零部件加工精度高，并采用專用高精度進口軸承，可以高速運轉(zhuǎn)。3強制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進口軸流風(fēng)機超靜音、高壽命，強勁風(fēng)力。保障馬達在任何轉(zhuǎn)速下，得到有效散熱，可實現(xiàn)高速或低速長期運行。4 經(jīng)AMCAD軟件設(shè)計的YP系列電機

3、，與傳統(tǒng)變頻電機相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場設(shè)計，進一步抑制高次諧波磁場，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計指標。具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無轉(zhuǎn)矩脈動。5 與各類變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實現(xiàn)零轉(zhuǎn)速全轉(zhuǎn)矩、低頻大力矩與高精度轉(zhuǎn)速控制、位置控制及快速動態(tài)響應(yīng)控制。YP系列變頻專用電機可配制剎車器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準停車，和通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實現(xiàn)高精度速度控制。6 采用“減速機+變頻專用電機+編碼器+變頻器”實現(xiàn)超低速無級調(diào)速的精準控制。YP系列變頻專用電機通用性好，其安裝尺寸符合IEC標準，與一般標準型電機具備可互換性。2研究目

4、的 通過本課題的研究，我們可以深入學(xué)習(xí)齒輪傳動動力學(xué)分析和變頻電機的相關(guān)知識，重點掌握以下知識點：1） 數(shù)學(xué)建模模型建立方法2） 時域、頻域分析方法3） 系統(tǒng)校正方法3研究內(nèi)容系統(tǒng)建模研究1根據(jù)簡化力學(xué)模型建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 圖2.3a 2畫出系統(tǒng)框圖干擾輸出傳遞函數(shù)輸入3仿真分析Simulink里的系統(tǒng)框圖（無PID控制器）采用PI控制器校正，其中P為Proportional,代表比例環(huán)節(jié)，I為Integral,代表積分無干擾時有干擾時由仿真圖形可知，加上干擾時相當(dāng)于圖向下平移并放大,但起點不在為零,以下討論全為有干擾時的系統(tǒng).該系統(tǒng)的超調(diào)量很大，震蕩很大，導(dǎo)致實用性能較差。延遲時間，上升時

5、間，峰值時間及調(diào)整時間比較短，基本符合要求。從伯德圖上看，截止頻率和帶寬較大，諧振峰值和諧振頻率也比較適中，但剪切率絕對值稍小，對導(dǎo)致系統(tǒng)從噪聲中辨別信號的能力較差。綜上可得出，該系統(tǒng)最關(guān)鍵的問題是超調(diào)量過大，及剪切率較低，所以采用PID控制器來改善該系統(tǒng)。Simulink里的系統(tǒng)框圖（有PID控制器）采用PI控制器，其中P為Proportional,代表比例環(huán)節(jié)，I為Integral,代表積分環(huán)節(jié)，下面分別探討P，I對系統(tǒng)的影響P的影響（令I(lǐng)=1）1當(dāng)P=1時，仿真曲線如下：2當(dāng)P=3時，仿真曲線如下：3當(dāng)P=7時，仿真曲線如下：由上面三個曲線可知當(dāng)P增大時，系統(tǒng)的震蕩加劇，對誤差的放大變大

6、，同時延遲時間，上升時間，峰值時間及調(diào)整時間均有不同程度的增加，系統(tǒng)的快速性降低。經(jīng)反復(fù)實驗取值，當(dāng)P=0.1時，效果較好。I的影響（令P=1）1當(dāng)I=1時，仿真曲線如下：2當(dāng)I=2時，仿真曲線如下：3當(dāng)I=3時，仿真曲線如下：由以上三張圖可得，I越大，震蕩越厲害。同時延遲時間，上升時間，峰值時間及調(diào)整時間均不同增大，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)的快速性降低。經(jīng)反復(fù)實驗賦值，最終得I=0.35。經(jīng)PID控制器調(diào)整后最終的仿真圖如下:調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)響應(yīng)曲線平滑，系統(tǒng)穩(wěn)定性，快速性，準確性等得到了較好的平衡，剪切率也變大了，從系統(tǒng)中辨別噪音的能力也加強了，系統(tǒng)的實際應(yīng)用性能得到了顯著改善，校正非常成功。結(jié)論經(jīng)過一系列的分析研究及校正使該系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性，準確性等指標得到了較好的平衡，改善了系統(tǒng)的性能。宏觀上來看，我們理解為，當(dāng)系統(tǒng)的負載一定時，通過改變電機的輸入轉(zhuǎn)矩來使輸出轉(zhuǎn)角保持相對穩(wěn)定，進而使軸的轉(zhuǎn)速保持相對穩(wěn)定，使系統(tǒng)平穩(wěn)的輸出。這樣提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，非常具有實際意義。心得體會我們深感書到用時方恨少，實際應(yīng)用解決問題時才發(fā)現(xiàn)知識的貧乏。在用Matlab仿真時，很多功能很多方法都不會，都是在做項目時自