Дослідження впливу нелінійностей на параметричні коливання в електромехатронних системах

Анотація

В статті представлений аналіз параметричних коливань в електромехатронних системах та вплив на них нелінійностей, обумовлених фізичними властивостями елементів і конструктивними особливостями системи.

Показано, що реальні електромехатронні системи характеризуються наявністю різноманітних нелінійностей. Факторами, що роблять механічну систему нелінійною, можуть бути нелінійні сили, які виникають при роботі такої системи, та її перемінні параметри. Встановлено, що особливе місце серед динамічних явищ, які виникають в електромехатронних системах, займають параметричні коливання, зумовлені періодичною або квазіперіодичною зміною параметрів системи в часі.

В статті розглянуто ефект параметричного резонансу, що є проявом динамічної нестійкості системи, коли малі збурення можуть призвести до суттєвих змінень руху системи. Отже будь яке випадкове збурення на достатньо великому відрізку часу може призвести до аварійних наслідків. Нелінійні фактори в механічній системі з параметрами, що періодично змінюються, проявляються, в основному, в зонах параметричних резонансів.

Авторами подано поняття автоколивань, що можуть виникати у нелінійних системах при відсутності періодичної збурюючої сили та, як приклад, розглянуто квазігармонічні фрикційні автоколивання. Подавлення фрикційних автоколивань є дуже важливою інженерною задачею, оскільки вони затрудняють точну зупинку робочого органу та порушують плавність його переміщень.

Наведено уніфіковану структурну схему для будь-якого типу електромеханічної системи електропривода, її параметри, а також математичну модель.

Виконано моделювання електромеханічної системи в середовищі MATLAB/Simulink відповідно до структурної схеми із заданими параметрами.

Отримано процеси розвитку автоколивань у розглянутій схемі при заданій швидкості для трьох варіантів досліджених характеристик навантаження.

Наведено залежності швидкостей першої та другої мас, пружної сили та сили опору на другій масі і динамічної сили від часу. Встановлено, що реалізація комп’ютерно-інтегрованих адаптивних і робастних систем керування з урахуванням наведених досліджень нелінійних ефектів і параметричних коливань забезпечує узгодження динамічних режимів електромехатронної системи з вимогами конкретного технологічного процесу. Це дозволяє зменшити вплив небажаних коливальних режимів, підвищити стабільність і точність керування виконавчими механізмами.