三级项目齿轮传动的动力学分析

燕山大学控制工程基础三级项目齿轮传动的动力学分析汇报书学院：机械工程学院班级：开课学期：2013年秋季学期指导老师：小组成员:2013年11月16日2目录小组成员基本信息...........................................................................................................................2绪论..................................................................................................................................................41研究背景................................................................................................................................42研究目的................................................................................................................................53研究内容................................................................................................................................5系统建模研究...................................................................................................................................61根据简化力学模型建立系统的传递函数....................................................................................62画出系统框图........................................................................................................................92画出系统框图........................................................................................................................93仿真分析................................................................................................................................9结论................................................................................................................................................183心得体会.........................................................................................................................................184绪论1研究背景电动机通过变速齿轮箱带动负载工作是非常基本的传动方式，因此应用十分广泛。研究其动力学问题，具有重要的实际意义，有助于提高系统的稳定性，快速性，准确性，从而更好的应用该系统。变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，使机械自动化程度和生产效率大为提高设备小型化、增加舒适性，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。变频专用电动机具有如下特点：1B级温升设计，F级绝缘制造。采用高分子绝缘材料及真空压力浸漆制造工艺以及采用特殊的绝缘结构，使电气绕组采用绝缘耐压及机械强度有很大提高，足以胜任马达之高速运转及抵抗变频器高频电流冲击以及电压对绝缘之破坏。2平衡质量高，震动等级为R级（降振级）机械零部件加工精度高，并采用专用高精度进口轴承，可以高速运转。3强制通风散热系统，全部采用进口轴流风机超静音、高寿命，强劲风力。保障马达在任何转速下，得到有效散热，可实现高速或低速长期运行。54经AMCAD软件设计的YP系列电机，与传统变频电机相比较，具备更宽广的调速范围和更高的设计质量，经特殊的磁场设计，进一步抑制高次谐波磁场，以满足宽频、节能和低噪音的设计指标。具有宽范围恒转矩与功率调速特性，调速平稳，无转矩脉动。5与各类变频器均具有良好的参数匹配，配合矢量控制，可实现零转速全转矩、低频大力矩与高精度转速控制、位置控制及快速动态响应控制。YP系列变频专用电机可配制刹车器，编码器供货，这样即可获得精准停车，和通过转速闭环控制实现高精度速度控制。6采用“减速机+变频专用电机+编码器+变频器”实现超低速无级调速的精准控制。YP系列变频专用电机通用性好，其安装尺寸符合IEC标准，与一般标准型电机具备可互换性。2研究目的通过本课题的研究，我们可以深入学习齿轮传动动力学分析和变频电机的相关知识，重点掌握以下知识点：1）数学建模模型建立方法2）时域、频域分析方法3）系统校正方法3研究内容6系统建模研究1根据简化力学模型建立系统的传递函数7图2.3a892画出系统框图\3仿真分析Simulink里的系统框图（无PID控制器）采用PI控制器校正，其中P为Proportional,代表比例环节，I为Integral,代表积分传递函数输入输出干扰10无干扰时有干扰时11由仿真图形可知，加上干扰时相当于图向下平移并放大,但起点不在为零,以下讨论全为有干扰时的系统.该系统的超调量很大，震荡很大，导致实用性能较差。延迟时间，上升时间，峰值时间及调整时间比较短，基本符合要求。从伯德图上看，截止频率和带宽较大，谐振峰值和谐振频率也比较适中，但剪切率绝对值稍小，对导致系统从噪声中辨别信号的能力较差。综上可得出，该系统最关键的问题是超调量过大，及剪切率较低，所以采用PID控制器来改善该系统。Simulink里的系统框图（有PID控制器）12采用PI控制器，其中P为Proportional,代表比例环节，I为Integral,代表积分环节，下面分别探讨P，I对系统的影响P的影响（令I=1）1当P=1时，仿真曲线如下：132当P=3时，仿真曲线如下：143当P=7时，仿真曲线如下：由上面三个曲线可知当P增大时，系统的震荡加剧，对误差的放大变大，同时延迟时间，上升时间，峰值时间及调整时间均有不同程度的增加，系统的快速性降低。经反复实验取值，当P=0.1时，效果较好。15I的影响（令P=1）1当I=1时，仿真曲线如下：2当I=2时，仿真曲线如下：163当I=3时，仿真曲线如下：由以上三张图可得，I越大，震荡越厉害。同时延迟时间，上升时间，峰值时间及调整时间均不同增大，导致系统响应的快速性降低。经反复实验赋值，最终得I=0.35。经PID控制器调整后最终的仿真图如下:1718调节后，系统响应曲线平滑，系统稳定性，快速性，准确性等得到了较好的平衡，剪切率也变大了，从系统中辨别噪音的能力也加强了，系统的实际应用性能得到了显著改善，校正非常成功。结论经过一系列的分析研究及校正使该系统的稳定性，快速性，准确性等指标得到了较好的平衡，改善了系统的性能。宏观上来看，我们理解为，当系统的负载一定时，通过改变电机的输入转矩来使输出转角保持相对稳定，进而使轴的转速保持相对稳定，使系统平稳的输出。这样提高了整个系统的稳定性，非常具有实际意义。心得体会我们深感书到用时方恨少，实际应用解决问题时才发现知识的贫乏。在用Matlab仿真时，很多功能很多方法都不会，都是在做项目时自己学习的，书上的一些知识也有些没理解透彻，应用起来有难度，所以平时的学习还要更认真仔细；此外，做项目时遇到了种种困难，会烦躁，会郁闷，但是克服这些困难后，非常有成就感，所以我们要注重培养自己克服困难的信心。