喷气织机后梁系统非线性振动分析及其动态特性控制

1、喷气织机后梁系统非线性振动喷气织机后梁系统非线性振动分析及其动态特性控制分析及其动态特性控制2021-10-172课题背景课题背景l纺织业已成为我国的重要支柱产业l织机是纺织行业中的一种重要织造机械车速低、噪音大、生产率低、容易产生飞梭在保持高速、高效的基础上，其在布幅宽度、织物厚度及引纬颜色等的适应性上都有长足进步。2021-10-173国内外喷气织机现状国内外喷气织机现状l此外在气动系统、自动化水平、工艺适应性、可靠性等方面都有差距国外机型国内机型最高1900r/min普遍1200r/min最高约1050r/min普遍700800r/min最宽达5.4m3.4m以上的不多最高3000m/m

2、in普遍2500m/min以上较少2000m/min以上不少低于1500m/min转速筘幅入纬率本文研究所参考的WG-2000型喷气织机主轴转速为600r/min2021-10-174后梁系统后梁系统 后梁是经纱的检测和调节结构，其设计目的即为改善经纱张力。弹簧后梁张力臂阻尼器WG-2000型喷气织机后梁系统实物图及其示意简图国内外多是以经纱张力为对象，直接研究后梁系统的文献不多GCSJMMMM经纱2021-10-175本文所做研究及目的本文所做研究及目的问题主轴转速高时,振动加剧，经纱张力过大，纱线断头率提高分析从非线性动力学的角度，分析后梁受非线性振动的影响，及主轴转速变化时，后梁摆角的变

3、化规律 仿真特定阶段转速整个织机运转过程引入磁流变阻尼器，对后梁系统数学模型做仿真分析，并采用半主动控制手段，以降低后梁摆角，进而减小经纱张力目的对工程设计、织造工艺改善及经纱张力改善提供一定参考价值2021-10-176后梁系统非线性振动分析后梁系统非线性振动分析233001122cos()cos()FnnfnFnnncZntntVVJ经过化简后的后梁数学模型主轴转速v激励频率n260v 简化分析激励频率此处n指激励频率的谐波次数，为简化分析，作振动分析时只分析n=1时的情况，其他可作相似分析2021-10-177后梁系统非线性振动分析后梁系统非线性振动分析采用多尺度法，当激励频率接近于固有

4、频率0(主轴转速v840r/min)几分之一或几倍时，对后梁振动情况进行解析分析：l主共振(0) l参激共振(20)l非线性振动对织机运行的影响2021-10-178主共振分析主共振分析l利用多尺度法可得系统主共振情况下非平凡稳定状态的幅频响应曲线，并作幅频响应曲线图2222200384kVaa=-非线性与线性主共振幅频响应曲线对比(a)非线性幅频响应曲线(=0) ；(b)线性幅频响应曲线(=0)(a) (b)多值性引起跳跃现象引入解谐参数代替( )，当激励频率比较接近0时，以此来表示激励频率0=+X轴解谐参数Y轴后梁振幅a2021-10-179参数变化对主共振幅频响应曲线的影参数变化对主共振

5、幅频响应曲线的影响响 (a)参数V变化 (=0 , k=723)(b)参数变化(V= -5188, k=723) (c) 参数k变化(=0, V= -5188)2021-10-1710参激共振分析参激共振分析l同样用多尺度法可得系统参激共振情况下平凡解时系统临界稳定曲线的解析表达式：l并可得不同参数变化对其稳定性影响，作图可得：22220064VZ=-(a)粘性阻尼变化()的影响(b)参数激励幅值(Z)的影响 X轴解谐参数2021-10-1711主共振对织机后梁摆动的影响主共振对织机后梁摆动的影响 (a) 主轴转速840 r/min，外激励频率为0 (b) 主轴转速420r/min，外激励频率

6、为0 /2 (c) 主轴转速280r/min，外激励频率为0 /3 (d) 主轴转速210r/min，外激励频率为0/4 不仅仅激励频率(转速)接近于固有频率(0)处有主共振，在其他激励频率(转速)处也存在主共振X轴织机转速Y轴后梁摆角2021-10-1712参激共振对后梁系统稳定性的影响参激共振对后梁系统稳定性的影响(a) 主轴转速1680r/min，参激频率为20 (b) 主轴转速840r/min，参激频率为0 (c) 主轴转速420r/min，参激频率为0/2 (d) 主轴转速280r/min，参激频率为0/3 不同转速对应的参数激励幅值不同转速对应的系统临界稳定曲线不仅仅激励频率接近于

7、(20)处存在参激共振，激励频率为(20/n)时都存在参激共振情况X轴织机转速Y轴参激幅值2021-10-1713基于磁流变阻尼器的后梁系统的控制基于磁流变阻尼器的后梁系统的控制 l工具：Matlab/Simulink工具箱l目的：通过引入磁流变阻尼器，使后梁系统阻尼系数可变，并采用相应半主动控制手段，达到减小后梁波动，进而经纱张力的目的。l基于磁流变阻尼器的后梁系统的被动控制基于磁流变阻尼器的后梁系统的被动控制l基于磁流变阻尼器的后梁系统的基于磁流变阻尼器的后梁系统的PID控制控制 l基于磁流变阻尼器的后梁系统的模糊基于磁流变阻尼器的后梁系统的模糊PID控制控制 2021-10-1714基于

8、磁流变阻尼器的后梁系统的被动基于磁流变阻尼器的后梁系统的被动控制控制含磁流变阻尼器的后梁系统Simulink模型 2021-10-1715含磁流变阻尼器的后梁系统后梁摆角含磁流变阻尼器的后梁系统后梁摆角和经纱张力曲线和经纱张力曲线后梁摆角变化曲线 经纱张力变化曲线 =800=600=400=2002021-10-1716含磁流变阻尼器与含线性阻尼器的后含磁流变阻尼器与含线性阻尼器的后梁系统的后梁摆角变化曲线比较梁系统的后梁摆角变化曲线比较 (a)经轴直径=800 (b)经轴直径=600(c)经轴直径=400 (d)经轴直径=200含磁流变阻尼器的后梁系统摆角变化2021-10-1717(a)经

9、轴直径=800 (b)经轴直径=600(a)经轴直径=400 (b)经轴直径=200含磁流变阻尼器与含线性阻尼器的后含磁流变阻尼器与含线性阻尼器的后梁系统的经纱张力变化曲线比较梁系统的经纱张力变化曲线比较 含磁流变阻尼器的后梁系统经纱张力变化在织造的过程中，从满轴到空轴，含磁流变阻尼器的后梁系统与含线性阻尼器的后梁系统相比，其后梁摆角幅度要小的多，经纱张力也要小的多，这说明采用此磁流变阻尼器能很好的改善喷气织机后梁系统的动态性能。2021-10-1718基于磁流变阻尼器的后梁系统的基于磁流变阻尼器的后梁系统的PID控制控制 含磁流变阻尼器的后梁系统的PID控制simulink模型 2021-1

10、0-1719含磁流变阻尼器的后梁系统被动控制含磁流变阻尼器的后梁系统被动控制与与PID控制仿真结果比较控制仿真结果比较 后梁摆角比较经纱张力比较 PID半主动控制曲线被动控制与PID控制的结果相比，后者的后梁摆角比前者稍小，经纱张力几乎相同，控制效果并不明显。 2021-10-1720基于磁流变阻尼器的后梁系统的模糊基于磁流变阻尼器的后梁系统的模糊PID控制控制 含磁流变阻尼器的后梁系统模糊PID控制Simulink模型 2021-10-1721含磁流变阻尼器后梁系统模糊含磁流变阻尼器后梁系统模糊PID控控制与被动控制仿真结果比较制与被动控制仿真结果比较 后梁摆角比较经纱张力比较 模糊PID半主动控制曲线对含磁流变阻尼器的后梁系统采用半主动控制，可减小后梁摆角，但对经纱张力的减缓效果并不明显。 2021-