三級(jí)項(xiàng)目齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析

1、 燕山大學(xué)控制工程基礎(chǔ)三級(jí)項(xiàng)目 齒輪傳動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析 匯報(bào)書(shū) 學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院 班級(jí)： 開(kāi)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?jī)?nèi)容5系統(tǒng)建模研究61根據(jù)簡(jiǎn)化力學(xué)模型建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù)62畫(huà)出系統(tǒng)框圖92畫(huà)出系統(tǒng)框圖93仿真分析9結(jié)論18心得體會(huì)18緒論1研究背景 電動(dòng)機(jī)通過(guò)變速齒輪箱帶動(dòng)負(fù)載工作是非?；镜膫鲃?dòng)方式，因此應(yīng)用十分廣泛。研究其動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，具有重要的實(shí)際意義，有助于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，快速性，準(zhǔn)確性，從而更好的應(yīng)用該系統(tǒng)。 變頻電機(jī)采用“專(zhuān)用變頻感應(yīng)電動(dòng)機(jī)+變頻器”的交流調(diào)速方式，使

2、機(jī)械自動(dòng)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(jī)械調(diào)速和直流調(diào)速方案。變頻專(zhuān)用電動(dòng)機(jī)具有如下特點(diǎn)：1 B級(jí)溫升設(shè)計(jì)，F(xiàn)級(jí)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(jī)械強(qiáng)度有很大提高，足以勝任馬達(dá)之高速運(yùn)轉(zhuǎn)及抵抗變頻器高頻電流沖擊以及電壓對(duì)絕緣之破壞。2 平衡質(zhì)量高，震動(dòng)等級(jí)為R級(jí)（降振級(jí)）機(jī)械零部件加工精度高，并采用專(zhuān)用高精度進(jìn)口軸承，可以高速運(yùn)轉(zhuǎn)。3強(qiáng)制通風(fēng)散熱系統(tǒng)，全部采用進(jìn)口軸流風(fēng)機(jī)超靜音、高壽命，強(qiáng)勁風(fēng)力。保障馬達(dá)在任何轉(zhuǎn)速下，得到有效散熱，可實(shí)現(xiàn)高速或低速長(zhǎng)期運(yùn)行。4 經(jīng)AMCAD軟件設(shè)計(jì)的YP系列電機(jī)

3、，與傳統(tǒng)變頻電機(jī)相比較，具備更寬廣的調(diào)速范圍和更高的設(shè)計(jì)質(zhì)量，經(jīng)特殊的磁場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步抑制高次諧波磁場(chǎng)，以滿足寬頻、節(jié)能和低噪音的設(shè)計(jì)指標(biāo)。具有寬范圍恒轉(zhuǎn)矩與功率調(diào)速特性，調(diào)速平穩(wěn)，無(wú)轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)。5 與各類(lèi)變頻器均具有良好的參數(shù)匹配，配合矢量控制，可實(shí)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(dòng)態(tài)響應(yīng)控制。YP系列變頻專(zhuān)用電機(jī)可配制剎車(chē)器，編碼器供貨，這樣即可獲得精準(zhǔn)停車(chē)，和通過(guò)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)高精度速度控制。6 采用“減速機(jī)+變頻專(zhuān)用電機(jī)+編碼器+變頻器”實(shí)現(xiàn)超低速無(wú)級(jí)調(diào)速的精準(zhǔn)控制。YP系列變頻專(zhuān)用電機(jī)通用性好，其安裝尺寸符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，與一般標(biāo)準(zhǔn)型電機(jī)具備可互換性。2研究目

4、的 通過(guò)本課題的研究，我們可以深入學(xué)習(xí)齒輪傳動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析和變頻電機(jī)的相關(guān)知識(shí)，重點(diǎn)掌握以下知識(shí)點(diǎn)：1） 數(shù)學(xué)建模模型建立方法2） 時(shí)域、頻域分析方法3） 系統(tǒng)校正方法3研究?jī)?nèi)容系統(tǒng)建模研究1根據(jù)簡(jiǎn)化力學(xué)模型建立系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 圖2.3a 2畫(huà)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(wú)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(wú)干擾時(shí)有干擾時(shí)由仿真圖形可知，加上干擾時(shí)相當(dāng)于圖向下平移并放大,但起點(diǎn)不在為零,以下討論全為有干擾時(shí)的系統(tǒng).該系統(tǒng)的超調(diào)量很大，震蕩很大，導(dǎo)致實(shí)用性能較差。延遲時(shí)間，上升時(shí)

5、間，峰值時(shí)間及調(diào)整時(shí)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(duì)值稍小，對(duì)導(dǎo)致系統(tǒng)從噪聲中辨別信號(hào)的能力較差。綜上可得出，該系統(tǒng)最關(guān)鍵的問(wèn)題是超調(diào)量過(guò)大，及剪切率較低，所以采用PID控制器來(lái)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(duì)系統(tǒng)的影響P的影響（令I(lǐng)=1）1當(dāng)P=1時(shí)，仿真曲線如下：2當(dāng)P=3時(shí)，仿真曲線如下：3當(dāng)P=7時(shí)，仿真曲線如下：由上面三個(gè)曲線可知當(dāng)P增大時(shí)，系統(tǒng)的震蕩加劇，對(duì)誤差的放大變大

6、，同時(shí)延遲時(shí)間，上升時(shí)間，峰值時(shí)間及調(diào)整時(shí)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(shí)驗(yàn)取值，當(dāng)P=0.1時(shí)，效果較好。I的影響（令P=1）1當(dāng)I=1時(shí)，仿真曲線如下：2當(dāng)I=2時(shí)，仿真曲線如下：3當(dāng)I=3時(shí)，仿真曲線如下：由以上三張圖可得，I越大，震蕩越厲害。同時(shí)延遲時(shí)間，上升時(shí)間，峰值時(shí)間及調(diào)整時(shí)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(shí)驗(yàn)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(zhǔn)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(qiáng)了，系統(tǒng)的實(shí)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(guò)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(zhǔn)確性等指標(biāo)得到了較好的平衡，改善了系統(tǒng)的性能。宏觀上來(lái)看，我們理解為，當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)載一定時(shí)，通過(guò)改變電機(jī)的輸入轉(zhuǎn)矩來(lái)使輸出轉(zhuǎn)角保持相對(duì)穩(wěn)定，進(jìn)而使軸的轉(zhuǎn)速保持相對(duì)穩(wěn)定，使系統(tǒng)平穩(wěn)的輸出。這樣提高了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，非常具有實(shí)際意義。心得體會(huì)我們深感書(shū)到用時(shí)方恨少，實(shí)際應(yīng)用解決問(wèn)題時(shí)才發(fā)現(xiàn)知識(shí)的貧乏。在用Matlab仿真時(shí)，很多功能很多方法都不會(huì)，都是在做項(xiàng)目時(shí)自