一类三自由度齿轮系统的动力学行为与控制研究

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本文采用非线性的分析方法和控制方法,通过选择不同的参数值,对三自由度齿轮系统丰富的动力学行为,运用数值仿真对其进行了分析。进一步对系统进行混沌控制,把混沌运动控制到周期轨道上来,以达到消除混沌的目的。本文的主要内容安排为:  1.首先简单介绍了国内外齿轮系统的发展历程,进一步阐述本文选此研究对象的目的和意义。其次说明齿轮系统中主要存在的问题和现象,以及分析造成这些问题和现象的原因。最后建立了考虑误差激励、时变啮合刚度和间隙非线性力作用下的无量纲运动微分方程。同时介绍了三自由度齿轮系统的动力学行为分析方法,为后面的研究工作打好基础。  2.研究分析了三自由度齿轮传动系统在不同参数下的运动现象。选择了系统的一些重要参数:激励频率、阻尼、刚度比幅值,以及个别参数之间的相互关系。通过模拟系统的分岔图、指数图、相图、时间响应图、庞加莱映射图,分析得到,系统随不同参数变化时表现出周期、分岔、拟周期、混沌等多种复杂的运动现象。同时,得到系统在不同参数下的较优工作区间。  3.对混沌控制重点作了以下的研究。首先将x|x|反馈控制器加入三自由度齿轮传动系统,通过数值仿真,画出系统随受控参数变化的分岔图。同时,得到在控制参数k取不同值时,受控系统随激励频率变化的分岔图。将得到的两组图进行对比分析,证明混沌系统被很好的控制到稳定的一周期运动。然后对三自由度齿轮系统加入第二种控制方法即比例微分控制器,该方法控制过程是固定第一个参数同时第二个参数变化,以达到混沌控制的目的。同样,通过数值仿真,画出受控系统随控制参数变化的分岔图,同时,得到在控制参数k取不同值时,受控系统随刚度比幅值变化的分岔图。对比分析显示,该方法也能将系统很好的控制。对于混沌系统,加入适当的控制器可有效地抑制系统中混沌现象的发生。
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