本文關(guān)鍵詞：空間溫度交變環(huán)境下齒輪系統(tǒng)動力學(xué)分析及其傳動誤差主動控制研究

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【摘要】：隨著我國航天工業(yè)的發(fā)展,齒輪傳動機(jī)構(gòu)愈加頻繁地被應(yīng)用到空間環(huán)境中。然而,空間環(huán)境是一個十分復(fù)雜的環(huán)境領(lǐng)域,存在著高低溫交變、微重力、真空、地磁干擾等因素,這對空間服役的齒輪傳動機(jī)構(gòu)提出了更高的要求。本文以單自由度直齒圓柱齒輪傳動系統(tǒng)為基礎(chǔ),在單對直齒圓柱齒輪間隙非線性系統(tǒng)動力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步引入空間環(huán)境下特殊的溫度交變效應(yīng),綜合考慮齒側(cè)間隙、時變嚙合剛度、綜合傳遞誤差等因素,建立了適用于空間溫度大范圍交替變化環(huán)境下的齒輪傳動系統(tǒng)間隙非線性動力學(xué)模型。運(yùn)用4-5階Runge-Kutta數(shù)值算法,分別對地面環(huán)境和空間溫度交變環(huán)境下的系統(tǒng)模型進(jìn)行求解,運(yùn)用時間歷程圖、相圖、分岔圖等方法對系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行分析。結(jié)果表明:(1)含間隙的齒輪系統(tǒng)表現(xiàn)出強(qiáng)非線性,隨著參數(shù)(阻尼比、間隙等)的變化,系統(tǒng)表現(xiàn)出豐富的非線性運(yùn)動特性;(2)溫度交變的幅值增大將使系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)變差,系統(tǒng)從周期運(yùn)動變?yōu)閿M周期運(yùn)動;齒輪系統(tǒng)嚙合頻率應(yīng)盡量避開溫度交變頻率,二者比值ωh/ωT建議大于10,以避免發(fā)生混沌運(yùn)動,且B0.1為好。空間環(huán)境下溫度大范圍交替變化導(dǎo)致齒輪傳動系統(tǒng)齒側(cè)間隙發(fā)生同頻交變,這對齒輪系統(tǒng)傳動精度有很大影響,因此,本文提出基于超磁滯伸縮智能材料作動器(GMA)的齒輪傳動誤差主動控制方案:通過直接控制一對嚙合齒輪中心距的大小,即一對嚙合齒輪的其中一根軸(包括軸上所有附件)整體可以在兩輪中心距方向上有微小移動,GMA對這根軸在兩齒輪中心距方向上施加作動力,進(jìn)而間接地補(bǔ)償由于溫度大范圍交變導(dǎo)致的齒側(cè)間隙變化,使側(cè)隙始終保持在傳動性能良好的數(shù)值范圍內(nèi)。為避免GMA的遲滯非線性的影響,本文采用PI模型對GMA磁滯特性進(jìn)行建模,應(yīng)用基于PI逆模型的開環(huán)逆模型控制對GMA的遲滯非線性進(jìn)行控制。采用Preisach遲滯模型和機(jī)電系統(tǒng)傳遞函數(shù)串聯(lián)得到具有遲滯特性的系統(tǒng)模型,采用PID控制和逆模型控制對系統(tǒng)進(jìn)行振動控制,結(jié)果表明,控制方案、方法能夠?qū)崿F(xiàn)對遲滯非線性系統(tǒng)的有效補(bǔ)償控制,說明本文所提出的齒輪系統(tǒng)傳動誤差主動控制方案、方法理論上能夠?qū)τ捎跍囟却蠓秶蛔兌鴮?dǎo)致的齒輪傳動誤差變大進(jìn)行有效補(bǔ)償。
【關(guān)鍵詞】：空間環(huán)境 齒輪系統(tǒng) 非線性動力學(xué) PID控制 超磁滯伸縮智能作動器
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V441
【目錄】：

• 摘要3-4
• abstract4-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 研究背景和意義8
• 1.2 齒輪系統(tǒng)動力學(xué)研究現(xiàn)狀8-11
• 1.2.1 國外研究概述8-10
• 1.2.2 國外研究概述10-11
• 1.3 齒輪熱變形研究概述11-12
• 1.4 超磁致伸縮材料概述12-13
• 1.5 本文研究內(nèi)容13-14
• 2 含溫度交變的齒輪動力學(xué)模型及其分析方法14-28
• 2.1 引言14
• 2.2 齒輪熱變形研究14-17
• 2.2.1 材料熱膨脹系數(shù)14-15
• 2.2.2 齒輪熱變形對側(cè)隙的影響15-16
• 2.2.3 計算實例及作動器選擇16-17
• 2.3 含溫度交變效應(yīng)的齒輪動力學(xué)建模17-22
• 2.3.1 地面常溫環(huán)境下單對齒輪傳動系統(tǒng)建模17-20
• 2.3.2 系統(tǒng)運(yùn)動微分方程無量綱化20-21
• 2.3.3 考慮溫度交變效應(yīng)的齒輪動力學(xué)模型21-22
• 2.4 非線性系統(tǒng)分析方法22-26
• 2.4.1 時間歷程圖及相圖22-23
• 2.4.2 Poincare截面及頻譜分析23-25
• 2.4.3 非線性系統(tǒng)解的形式25
• 2.4.4 分岔概念及分岔圖25-26
• 2.5 本章小結(jié)26-28
• 3 含溫度交變效應(yīng)的齒輪動力學(xué)響應(yīng)分析28-50
• 3.1 引言28
• 3.2 參數(shù)對系統(tǒng)運(yùn)動特性的影響28-48
• 3.2.1 混沌運(yùn)動的蝴蝶效應(yīng)28-33
• 3.2.2 齒側(cè)間隙對系統(tǒng)動力學(xué)的影響33-39
• 3.2.3 交變溫度幅值、頻率對系統(tǒng)動力學(xué)的影響39-42
• 3.2.4 阻尼對系統(tǒng)動力學(xué)的影響42-47
• 3.2.5 嚙合頻率對系統(tǒng)動力學(xué)的影響47-48
• 3.3 本章小結(jié)48-50
• 4 GMA建模及其遲滯非線性補(bǔ)償控制50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 Preisach模型的基本結(jié)構(gòu)50-51
• 4.3 基于PI模型的遲滯非線性建模51-55
• 4.3.1 基于PI的模型建立52-53
• 4.3.2 PI模型仿真53-55
• 4.4 PI逆模型求取及仿真55-57
• 4.5 滯回非線性的直接逆控制57-59
• 4.6 本章小結(jié)59-60
• 5 基于GMA的空間齒輪傳動誤差主動控制研究60-72
• 5.1 引言60
• 5.2 GMA布置方案60-62
• 5.3 GMA磁-機(jī)耦合模型62-65
• 5.4 基于GMA的齒側(cè)間隙主動控制研究65-70
• 5.4.1 PID控制算法65-66
• 5.4.2 負(fù)載作動器的磁-機(jī)耦合模型66
• 5.4.3 基于前饋逆模型PID控制仿真66-70
• 5.5 本章小結(jié)70-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 全文總結(jié)72-73
• 6.2 工作展望73-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 附錄80
• A. 作者在攻讀學(xué)位期間參加的科研項目80

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李同杰;靳廣虎;鮑和云;朱如鵬;;傳遞功率對行星齒輪傳動系分岔特性的影響規(guī)律[J];重慶大學(xué)學(xué)報;2016年02期

2 程歐;茍向鋒;;多自由度齒輪系統(tǒng)非線性動力學(xué)分析[J];噪聲與振動控制;2015年06期

3 李寶良;畢琳;陶雪娟;;基于摩擦影響的漸開線直齒圓柱齒輪溫度場分析[J];機(jī)械傳動;2015年04期

4 楊癸庚;朱敏波;連培園;高峰;宗亞靂;;大型可展開天線與衛(wèi)星的熱致耦合動力學(xué)分析[J];振動與沖擊;2014年24期

5 盛冬平;朱如鵬;陸鳳霞;靳廣虎;;多間隙彎扭耦合齒輪非線性振動的分岔特性研究[J];振動與沖擊;2014年19期

6 田亞平;;直齒圓柱齒輪副動力學(xué)特性分析[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2014年04期

7 祁常君;茍向鋒;陳代林;;隨機(jī)齒側(cè)間隙的齒輪系統(tǒng)非線性動力學(xué)分析[J];蘭州交通大學(xué)學(xué)報;2014年03期

8 趙陽;潘冬;李娜;;齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)研究進(jìn)展與思考[J];機(jī)械傳動;2014年03期

9 黃康;陳衛(wèi)東;陳奇;李英明;;基于集中質(zhì)量法的齒輪系統(tǒng)動力學(xué)發(fā)展動態(tài)綜述[J];機(jī)械傳動;2013年11期

10 許生;曾凡玲;張士路;;含間隙的變速器齒輪系統(tǒng)動力學(xué)響應(yīng)分析[J];農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程;2013年06期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 李巍;壓電作動器遲滯非線性建模與補(bǔ)償控制研究[D];華中科技大學(xué);2013年

2 張鋒;基于壓電作動器的齒輪傳動系統(tǒng)振動主動控制及算法研究[D];重慶大學(xué);2013年

3 李桂華;復(fù)雜規(guī)則曲面機(jī)械零件的熱變形理論及應(yīng)用研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2006年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 陽丹;遲滯非線性系統(tǒng)建模與控制[D];南華大學(xué);2014年

2 許生;溫度效應(yīng)對變速器齒輪傳動系統(tǒng)動力學(xué)的影響分析[D];合肥工業(yè)大學(xué);2013年

3 甄玉云;基于Prandtl-Ishlinskii模型的GMA精密定位研究[D];武漢理工大學(xué);2009年

4 馬志新;基于超磁致伸縮材料微驅(qū)動控制系統(tǒng)的研究[D];揚(yáng)州大學(xué);2007年

5 楊濤;壓電作動器建模與非線性控制技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

6 張凱軍;超磁致伸縮電—機(jī)械轉(zhuǎn)換器研究及應(yīng)用[D];浙江大學(xué);2003年

7 劉夢軍;單對齒輪系統(tǒng)間隙非線性動力學(xué)研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2002年

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本文編號：905384