مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

کار آیی روشهای مختلف کنترل مقاوم در سیستم های دوار سه محوره

نویسندگان
مسعود سلطان رضایی 1
مجید محمدی مقدم 2
محمدرضا قضاوی 3
1 ذانشجوی دکتری/ دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرس تهران ایران
2 دانشیار دانشکده فنی و مهندسی - بخش مکانیک - دانشگاه تربیت مدرس
3 دانشیار هیئت علمی دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
ماشین‌آلات دوار ازجمله سیستم‌های مکانیکی هستند که در صنعت کاربرد زیادی دارند. نحوه اتصال محورها، کنترل ارتعاشات و پایدارسازی در این سیستم‌ها پیوسته حائز اهمیت بوده است. در این پژوهش، کنترل مقاوم یک سیستم محور که دارای نوسانات پیچشی است مد نظر است. این سیستم شامل سه محور الاستیک است که با یکدیگر هم‎راستا نیستند. محورهای ناهم‌راستا به‌وسیله چهارشاخ‌های کاردان متصل می‌شوند. در اینجا، معادلات حاکم بر ارتعاشات پیچشی سیستم‎های کاردان سه‌محوره که رفتار غیر خطی دارد استخراج شده است. سپس باتوجه به عدم قطعیت‌های سیستم، از روش کنترل مقاوم استفاده شده و سه کنترل‌کننده به روش‌های بهینه نرم بینهایت (H∞)، تلفیقی H2/H∞ و پایداری مقاوم سنتز میو، طراحی شده ‌است. طراحی پس از شناسایی پارامترهایی از سیستم که حساسیت زیادی نسبت به عدم قطعیت دارند صورت گرفته است. نتایج پیاده‌سازی کنترل‌گرهای طراحی‌‌شده در قالب منحنی‎های پاسخ فرکانسی ارائه شده است. مقایسه و تحلیل نتایج حاصل از سه کنترل‌گر نشان داد که کنترل‌کننده‎های H∞ و سنتز میو، دارای هر دو معیار عمل‌کرد و پایداری مقاوم می‎باشند، هرچند استفاده از روش H∞ که نیاز به تعیین توابع وزنی دارد، دشوارتر است. علاوه بر این، کنترل‌گر کاهش مرتبه‌یافته سنتز میو می‌تواند عمل‌کرد مقاوم سیستم را تضمین کند
کلیدواژه‌ها
عملکرد مقاوم
نامعینی ساختاریافته
بهینه‌سازی
روش H2
چهارشاخ کاردان

موضوعات

عنوان مقاله English

Performance of different robust control methods for three-axis rotary systems

نویسندگان English

Masoud SoltanRezaee 1
Majid Moghadam 2
Mohamad-Reza Ghazavi 3
1 Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
2 Dept. of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University,Tehran, Iran
3 faculti member TMU
چکیده English

Rotating machinery is a type of mechanical systems that is widely used in industry. The shafts connection method, vibration control and stabilizing in these systems, have consistently been important. In this research, the robust control of a shaft system with torsional vibration has been considered. The system includes three elastic shafts, which are misaligned with each other. The misaligned shafts are connected through Cardan joints. Herein, the governing equations of torsional vibration for three-axis Cardan systems with nonlinear behavior have been derived. Then, according to the system uncertainties, robust control was used and three controllers with H∞ optimum method, H2/H∞ consolidated method and –synthesis robust stability method have been designed. The design was done after identifying the system parameters that are sensitive to uncertainty. The implementation results of designed controllers have been presented in the form of frequency response curves. Comparison and analysis of the results of three controllers show that H∞ and synthesis have both are performance and robust stability criteria, while H∞ method, which is needed to determine the weighting functions, is harder. In addition, the reduced order synthesis controller can guarantee the robust performance.

کلیدواژه‌ها English

H∞
Robust Performance
Structured Uncertainty
Optimization
H2
H∞ Method
Cardan Joint
[1] H.-C. Seherr-Thoss, F. Schmelz, E. Aucktor, Universal joints and driveshafts: analysis, design, applications: Springer Science & Business Media, 2006.
[2] S. Chang, Torsional instabilities and non-linear oscillation of a system incorporating a Hooke's joint, Journal of Sound and Vibration, Vol. 229, No. 4, pp. 993-1002, 2000.
[3] S. Asokanthan, M.-C. Hwang, Torsional instabilities in a system incorporating a Hooke’s joint, Journal of Vibration and Acoustics, Vol. 118, No. 3, pp. 368-374, 1996.
[4] S. Asokanthan, P. Meehan, Non-linear vibration of a torsional system driven by a Hooke's joint, Journal of Sound and Vibration, Vol. 233, No. 2, pp. 297-310, 2000.
[5] H. DeSmidt, K. Wang, E. Smith, Coupled torsion-lateral stability of a shaft-disk system driven through a universal joint, Journal of Applied Mechanics, Vol. 69, No. 3, pp. 261-273, 2002.
[6] A. J. Mazzei, Passage through resonance in a universal joint driveline system, Journal of Vibration and Control, pp. 1077546309346233, 2010.
[7] G. Bulut, Z. Parlar, Dynamic stability of a shaft system connected through a Hooke's joint, Mechanism and Machine Theory, Vol. 46, No. 11, pp. 1689-1695, 2011.
[8] G. Bulut, Dynamic stability analysis of torsional vibrations of a shaft system connected by a Hooke׳ s joint through a continuous system model, Journal of Sound and Vibration, Vol. 333, No. 16, pp. 3691-3701, 2014.
[9] M. SoltanRezaee, M. R. Ghazavi, Obtaining stable cardan angles in rotating systems and investigating the effective parameters on system stability, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 12, pp. 163-170, 2015. (in Persian فارسی)
[10] N. Cristello, I. Y. Kim, Multi-objective shape optimisation of an automotive universal joint assembly, International Journal of Heavy Vehicle Systems, Vol. 16, No. 3, pp. 271-293, 2009.
[11] W.-J. Tan, L. Yang, X.-R. Wu, S. Zhang, Steering wheel shimmy optimization based on ODS analysis and experimental modal analysis, Journal of Vibration Engineering, Vol. 24, No. 5, pp. 498-504, 2011.
[12] S. F. Asokanthan, X.-H. Wang, S.-H. Baik, Torsional Vibration Control of a Hooke’s Joint Driven Flexible Shaft System, in Proceeding of, American Society of Mechanical Engineers, pp. V04AT04A011.
[13] Y. Amer, A. El-Sayed, F. El-Bahrawy, Torsional vibration reduction for rolling mill’s main drive system via negative velocity feedback under parametric excitation, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 29, No. 4, pp. 1581-1589, 2015.
[14] P.-m. Shi, J.-z. Li, J.-s. Jiang, L. Bin, D.-y. Han, Nonlinear dynamics of torsional vibration for rolling mill's main drive system under parametric excitation, Journal of Iron and Steel Research, International, Vol. 20, No. 1, pp. 7-12, 2013.
[15] J. E. Baker, Displacement–closure equations of the unspecialised double-Hooke's-joint linkage, Mechanism and machine Theory, Vol. 37, No. 10, pp. 1127-1144, 2002.
[16] M. SoltanRezaee, M. R. Ghazavi, A. A. Jafari, Stability analysis of a three-axis power transmission system, Modares Mechanical Engineering, Vol. 14, No. 1, pp. 35-44, 2014. (in Persian فارسی)
[17] X. Jinli, S. Xingyi, P. Bo, Numerical analysis and demonstration: Transmission shaft influence on meshing vibration in driving and driven gears, Shock and Vibration, Vol. 501, pp. 365084, 2015.
[18] H. S. Song, W. K. Shi, Y. Long, F. X. Guo, D. G. Fang, Multi-universal coupling phase modeling and optimization base on floor vibration control, in Proceeding of, Trans Tech Publ, pp. 669-675.
[19] Z.-X. Yang, Oscillation in electric power steering test torque due to universal joint angle and control strategy, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 135, No. 5, pp. 051017, 2013.
[20] H. D. Taghirad, M. Fathi, F. Zamani, Robust Hinf Control: KNToosiUT press, 2013.
[21] H. DeSmidt, K. Wang, E. Smith, Stability of a segmented supercritical driveline with non-constant velocity couplings subjected to misalignment and torque, Journal of sound and vibration, Vol. 277, No. 4, pp. 895-918, 2004.
[22] Y. Kang, Y. Shen, W. Zhang, J. Yang, Stability region of floating intermediate support in a shaft system with multiple universal joints, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 28, No. 7, pp. 2733-2742, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 8
آذر 1397
صفحه 101-110