【技术实现步骤摘要】
本专利技术机械系统振动领域，特别是涉及一种轴系智能振动控制系统及方法。
技术介绍
1、在现代工业的众多领域，如机械制造、能源生产、航空航天等，轴系作为关键的传动部件，其稳定运行对于整个系统的性能和可靠性具有至关重要的意义。然而，轴系在运转过程中不可避免地会产生振动。这些振动如果得不到有效的控制，可能会引发一系列严重的问题。
2、在过去的几十年里，研究人员和工程师们致力于开发各种轴系振动控制技术。早期的方法主要集中在被动控制策略上，例如使用阻尼器或弹簧来吸收和减少振动能量。然而，这种被动控制方式存在明显的局限性。它们的性能往往取决于预先设定的结构参数，无法根据实际运行条件进行实时调整，因此在面对复杂多变的工况时，控制效果难以令人满意。
3、随着技术的进步，主动控制技术逐渐引起了人们的关注。主动控制通过传感器实时监测轴系的振动状态，然后利用执行器施加相应的控制力来抑制振动。但在实际应用中，主动控制也面临着诸多挑战。一方面，精确的振动监测需要高性能的传感器，然而现有的一些传感器在精度、响应速度和可靠性方面存在不足，导致采集到的数据不够准确和及时，影响了控制效果。另一方面，执行器的性能和控制策略的有效性也直接关系到振动控制的成败。一些执行器在输出力的大小、响应速度和控制精度上难以满足要求，而现有的控制策略在算法复杂度、计算效率和对系统不确定性的适应性方面存在诸多问题。
技术实现思路
1、为解决上述问题，本专利技术提出了一种轴系智能振动控制系统及方法。
2
3、在系统调试与优化环节，根据实际运行情况，对控制参数进行精细的整定，如状态加权矩阵、控制加权矩阵，以获取最佳的振动控制效果。通过不断优化控制算法和系统结构，进一步提升了系统的控制性能和鲁棒性。
4、本专利技术提供一种轴系智能振动控制系统，所述系统集成电涡流位移传感器、电磁作动器、数据采集分析系统、控制算法模块、人机交互界面及防护与安装结构组件于轴系设备。在防护与安装结构中，传感器安装支架为铝合金悬臂式，确保传感器垂直且间距可调；电磁作动器固定基座采用钢材，含缓冲结构，与轴承座牢固连接。系统具备智能工况识别、轴系健康评估预测及远程通信等功能，通过硬件与软件集成，依工况优化控制策略，评估轴系健康并远程管理，实现高效振动控制。
5、本专利技术提供一种轴系智能振动控制系统的方法，具体步骤如下：
6、步骤1，搭建系统硬件，在关键位置安装电涡流位移传感器，实时监测振动位移；在轴承座上安装电磁作动器，通过控制电流调整支承刚度和阻尼；选择合适的数据采集分析系统，连接传感器和执行器，并进行参数设置；
7、步骤2，设计振动控制算法，建立动力学模型和噪声模型，求解最优反馈增益阵和状态估计值，计算控制力；利用pso优化lqg控制中的参数，定义优化目标，初始化粒子群，计算粒子适应度，更新粒子速度和位置，迭代至满足终止条件，输出最优解；
8、步骤3，系统调试与优化，根据实际运行情况，调整控制参数以获得最佳振动控制效果，优化控制算法和系统结构，提高控制性能和鲁棒性；
9、步骤4，系统测试与评估，完成性能测试和鲁棒性测试，包括振动衰减率、控制精度和响应速度、在干扰和噪声下的稳定性等。
10、本专利技术进一步改进，步骤1中搭建系统硬件的过程可以表示为：
11、步骤1.1，安装电涡流位移传感器，传感器的探头靠近轴系表面时，会在轴系表面产生电涡流，而电涡流又会反过来影响探头线圈的电感、阻抗等电学特性，并且这些特性的变化与轴系振动位移存在对应关系：
12、z＝f(d)
13、其中，z表示电涡流位移传感器输出电压，d表示轴系振动位移，f表示输出电压与轴系振动位移函数；将电涡流位移传感器安装在旋转机械的轴颈附近，该点附近容易出现振动异常，安装时确保传感器探头与被测表面垂直且保持合适的间距；
14、步骤1.2，安装电磁作动器，电磁作动器通入电流时，通过电磁力作用在轴承座等结构上，改变其受力特性，进而实现对支承刚度和阻尼的调整；从力学角度来看，对于一个单自由度振动系统，其运动方程可以表示为：
15、
16、其中，m是质量，是加速度，c是阻尼系数，是速度，k是刚度，x是位移，f是电磁作动器产生的力，通过控制通入电磁作动器的电流大小，就可以改变c和k的等效值，从而调整系统的振动响应；将安装在轴承座上，因为轴承座是机械系统中支承旋转部件的关键部位，对整个系统的振动特性影响很大；安装要保证作动器与轴承座连接牢固，并且其产生的力能够有效地传递到整个支承结构上；
17、步骤1.3，数据采集分析系统，将电涡流位移传感器的输出端连接到数据采集系统对应的模拟输入通道，把电磁作动器的控制端连接到数据采集系统的模拟输出通道；在参数设置方面，要设置采集通道的增益、采样频率、触发方式等参数。
18、本专利技术进一步改进，步骤2中设计振动控制算法的过程可以表示如下：
19、步骤2.1，建立动力学模型，将轴系离散为圆盘、轴段和轴承座等单元，各单元通过结点连接，结点选在圆盘中心、轴颈中心等位置；对于刚性圆盘，设其质量为m、直径转动惯量为jd、极转动惯量为jp，其动能td为：
20、
21、其中，wx0、wy0、wz0为圆盘的三轴角速度，是位移对时间的一阶导数；通过第二类lagrange方程推导其运动微分方程，第二类lagrange方程可表示为：
22、
23、其中，qj为广义坐标，j＝1,2,3,4，为广义坐标微分，t是系统的动能，t是时间变量，v是系统势能，qj是对应于广义坐标qj的广义力；对于弹性轴段，用单元两端结点位移表示广义坐标，通过位移插值函数等方法得到单元动能tx和弯曲弹性势能vx，进而得到其运动方程；轴承支承简化为弹簧-阻尼模型，考虑其刚度和阻尼特性对系统的影响；综合各单元方程，得到系统的运动方程：
24、
25、其中，[m]是为质量矩阵，[c]为阻尼矩阵，[k]为刚度矩阵，{u}为位移向量，为速度向量，为加速度向量，{q}为广义力向量
26、步骤2.2，建立噪声模型，在实际系统本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轴系智能振动控制系统，其特征在于：所述系统集成电涡流位移传感器、电磁作动器、数据采集分析系统、控制算法模块、人机交互界面及防护与安装结构组件于轴系设备。在防护与安装结构中，传感器安装支架为铝合金悬臂式，确保传感器垂直且间距可调；电磁作动器固定基座采用钢材，含缓冲结构，与轴承座牢固连接。系统具备智能工况识别、轴系健康评估预测及远程通信等功能，通过硬件与软件集成，依工况优化控制策略，评估轴系健康并远程管理，实现高效振动控制。
2.根据权利要求1所述的一种轴系智能振动控制系统的方法，具体步骤如下，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种轴系智能振动控制系统的方法，其特征在于：步骤1中搭建系统硬件的过程可以表示为：
4.根据权利要求2所述的一种轴系智能振动控制系统的方法，其特征在于：步骤2中设计振动控制算法的过程可以表示如下：
5.根据权利要求2所述的一种轴系智能振动控制系统的方法，其特征在于：步骤2.3中求解最优反馈增益阵和状态估计值，计算控制力的过程可以表示如下：
6.根据权利要求2所述的一种轴系智能振动控制系统的
...【技术特征摘要】
1.一种轴系智能振动控制系统，其特征在于：所述系统集成电涡流位移传感器、电磁作动器、数据采集分析系统、控制算法模块、人机交互界面及防护与安装结构组件于轴系设备。在防护与安装结构中，传感器安装支架为铝合金悬臂式，确保传感器垂直且间距可调；电磁作动器固定基座采用钢材，含缓冲结构，与轴承座牢固连接。系统具备智能工况识别、轴系健康评估预测及远程通信等功能，通过硬件与软件集成，依工况优化控制策略，评估轴系健康并远程管理，实现高效振动控制。
2.根据权利要求1所述的一种轴系智能振动控制系统的方法，具体步骤如下，其特征在于：
<...【专利技术属性】
技术研发人员：赵震，陆禹吉，李华，车三宏，陈国旗，刘立，陈慧，李政潭，
申请(专利权)人：江苏中车电机有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。