基于谐波干扰的轧机主传动机电耦合系统参激振动机理研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１０期基于谐波干扰的轧机主传动机电耦合倡系统参激振动机理研究张瑞成，王佩佩（河北联合大学电气工程学院，唐山０６３００９）摘要：在考虑轧机电气系统谐波转矩及机械摩擦因数的基础上，建立直流电动机-轧机主传动机电耦合系统的模型。采用多尺度法求解该机电耦合模型在主参数共振情况下的一阶近似解，给出了振子的频率响应方程，用数值方法研究了定常解的稳定性，并应用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射方法和最大Ｌｙａｐｕｎｏｖ指数分析了谐波角频率对轧机主传动机电耦

2、合系统非线性参激共振的影响。关键词：轧机主传动；机电耦合；参激振动；谐波；混沌中图分类号：ＴＨ１６　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１０—０１０２—０６StudyonparametricallyexcitedvibrationintherollingmillelectromechanicalcouplingsystembasedonharmonicdisturbanceＺｈａｎｇＲｕｉｃｈｅｎｇ，ＷａｎｇＰｅｉｐｅｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｅｂｅｉＵｎｉｔｅｄＵｎｉｖｅｒ

3、ｓｉｔｙ，Ｔａｎｇｓｈａｎ０６３００９，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）Abstract：ＴｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆａｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌａｎｄＤＣｍｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｆｒｉｃｔｉｏｎｆａｃｔｏｒａｎｄｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃｔｏｒｑｕｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｓｙｓｔｅｍ．Ｂｙｍｅａｎｓｏｆａｍｕｌｔｉｐｌｅ-ｓｃａｌｅｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｅｘｉｓｔｅｎｃｅａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｐｅｒｉｏｄｉｃ

4、ｓｏｌｕｔｉｏｎｓｉｎａｆｉｒｓｔｏｒｄｅｒａｐｐｒｏｘｉｍａｔｉｏｎｃｌｏｓｅｔｏｔｈｅｍａｉｎｐａｒａｍｅｔｒｉｃｒｅｓｏｎａｎｃｅａｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ，ａｎｄｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ-ｒｅｓｐｏｎｓｅｅｑｕａｔｉｏｎｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｂｉｆｕｒｃａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｒｅｇｉｏｎｓｏｆｃｈａｏｔｉｃｓｏｌｕｔｉｏｎｓａｒｅｆｏｕｎｄ．Ａｎｄｔｈｅｉｍｐａｃｔｓｏｆｔｈｅｈａｒｍｏｎｉｃａｎｇｕｌａｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｎｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ

5、ｎｏｎｌｉｎｅａｒｐａｒａｍｅｔｒｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｒｅｓｏｎａｎｃｅａｒｅａｎａ-ｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅＰｏｉｎｃａｒｅｍａｐｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍＬｙａｐｕｎｏｖｅｘｐｏｎｅｎｔ．Keywords：ｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌｍａｉｎｄｒｉｖｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｅｌ；ｐａｒａｍｅｔｒｉｃｅｘｃｉｔａｔｉｏｎｖｉｂｒａｔｉｏｎ；ｈａｒｍｏｎｉｃ；ｃｈａｏｓ分析，建立了直流电动机驱动的平整机机电耦合系统０　引言［３-４］模型并进行分析。文献［５］建立了直流电动机和随着钢铁工

6、业的发展，在轧制过程中电气系统与轧机主传动机电耦合系统模型，并用计算机仿真研究机械系统配合不好，容易出现传动系统的机电振动现其机电耦合系统瞬态响应。文献［６］建立了交流电动象，严重影响产品的质量和控制精度，甚至造成设备机和轧机主传动机电耦合系统模型，采用数值方法研［１］损坏。轧机主传动系统是一个集多学科的复杂系究了机电参数相互耦合对轧机振动特性的影响。文［２］统，系统结构参数间存在不同程度的耦合现象。以献［７］建立了一类考虑电动机电磁能、非线性摩擦力往对轧机主传动系统机电振动问题的研究，通常将轧矩的两惯量轧机主传动机电耦合扭转系统模型

7、，对该机机械系统和电气系统割裂开来，但主传动系统中电系统的Ｈｏｐｆ分岔现象进行了定性分析。对于机电耦气参数的变化也直接影响轧机的振动特性。因此，研合非线性振动系统其机理及特性的研究，Ｙａｍａｐｉ等人究轧机振动问题应该结合机械和电气因素建立轧机利用非线性分析理论的平均法和谐波平衡法研究了［８］主传动机电耦合系统的模型，对其振动特性进行综合自激机电耦合系统的分岔行为与失稳现象。的分析。钟掘提出了对复杂机电系统进行全局耦合然而电力系统谐波对系统特性也会有很大影响。倡河北省自然科学基金资助项目（Ｆ２０１００００９７２）１０２张瑞成，等：基于谐

8、波干扰的轧机主传动机电耦合系统参激振动机理研究２０１３年第１０期·为此，在考虑轧机电气系统谐波转矩及机械摩擦因数４３cRPθ（３）的基础上，建立轧机主传动机电耦合系统模型，采用２４令：μ０RP＝m０，bRP＝m１，cRP