基于模型修正的振动控制系统联合仿真与试验研究

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1、中图分类号：TH113；O327论文编号：102870515-S154学科分类号：080203硕士学位论文基于模型修正的振动控制系统联合仿真与试验研究*研究生姓名曹云丽学科、专业机械设计及理论研究方向结构动力学指导教师郭勤涛副教授南京航空航天大学研究生院机电学院二О一五年三月____________________________________*本文研究得到了国家自然科学基金（“基于模型确认的磁悬浮轴承转子系统建模及响应预测方法”,项目编号:51275240,基金时间:2013.1-2016.12）的资助。NanjingUniversityof

2、AeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMechanicalandElectricalEngineeringThesimulationandexperimentalresearchofthevibrationcontrolsystembasedonmodelupdatingAThesisinMachineDesignandTheorybyCaoYunliAdvisedbyAssociateProf.GuoQintaoSubmittedinPartialFulfillmentofthe

3、RequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：摘要由于控制状态下

4、悬臂梁、转子凸显了很多复杂的动力学特性，为了研究控制-电磁-结构的耦合效应，故以悬臂梁、转子振动主动控制系统为对象，研究其控制状态下的动力学特性以及控制与结构耦合效应，推动机电一体化仿真建模技术发展。本文针对磁悬浮控制悬臂梁系统的电磁部分、机械结构部分以及控制参数与结构动力学耦合效应进行了分析：（1）对于电磁作动器的电磁力的大小，分别通过理论计算、有限元计算、试验测试等方式进行了分析，并将之成功运用于基于虚拟技术的联合仿真中。（2）对于PID控制器控制状态下的悬臂梁动力学特性的研究，本文首先利用模型修正技术，建立了悬臂梁机械结构部分的精确模型，并

5、通过Bush单元模拟电磁作动器对于悬臂梁的支承作用，通过MATLAB编程调用Nastran计算，建立Bush单元的非线性刚度与模型模态频率之间的数学关系。然后，通过模态试验测得实际结构模型控制状态下动力学特性。最后，利用试验数据修正出Bush单元精确非线性规律。（3）针对控制参数与悬臂梁结构耦合特性，本文根据响应面的思想，建立了悬臂梁PID控制器的大比例控制环节电阻参数、支承刚度与模型模态频率的映射关系，并结合模型确认方法，利用P-Box的概率边界方法与正态分布法，研究了控制参数不确定性、结构安装不确定性以及模态参数辨识不确定性的正反向传递。针对

6、控制状态下悬臂梁动力学特性研究过程中阻尼参数难以辨识的问题，提出将时域信号与模型修正技术相结合，利用时域信号的奇异值分解技术得到时域信号的信号特征，基于这一特征建立响应面，从而修正出模型的精确设计参数，并在磁悬浮轴承-转子系统中实际测试了这一方法，取得较好效果。关键词：磁悬浮，非线性，模型修正，时域信号，不确定性，模型确认IABSTRACTBecauseofthatmanycomplexdynamiccharacteristicsarehighlightedbycantileverbeamandrotorunderthecontrolcondit

7、ion,sotakingcantileverbeamorrotoractivevibrationcontrolsystemasresearchobject,inordertoanalysisthecouplingeffectsofcontrol,electromagneticandstructure.Theresearchofthedynamiccharacteristicsofthecantileverbeamandthecouplingeffectofstructureandcontrolunderthecontrolconditionisv

8、erysignificancefortheintegrationmodelingandsimulationofmechatronics.