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《中南大学》 2004年
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复杂机电系统(键合图—模态分析)方法研究

王艾伦  
【摘要】:全文在分析现有模态理论的不足和复杂机电系统动态特性研究难点的基础上,利用键合图理论,将机械系统动力学的模态理论和方法引入机、电、液力等多种能量共存的复杂机电系统,初步建立起基于键合图的复杂机电系统全局耦合动力学建模和模态分析的基本概念和理论框架。全文分为七章,主要研究内容和结论如下: 第一章 分析复杂机电系统动力学研究现状、工程背景和存在的问题,详细综述了键合图理论和模态分析理论研究现状、发展趋势及其局限性,阐述了建立基于[键合图—模态分析]方法的复杂机电系统全局耦合动力学分析方法的必要性。 第二章 在分析键合图模型特点、现有实、复模态理论和方法诸多不足的基础上,提出并初步从理论上建立了[键合图—模态分析]方法,首次将键合图用于模态分析,该方法能同时得出第一类模态和第二类模态,给出的算例证明其优点明显、突出。 第三章 将[键合图—模态分析]方法应用于复杂结构子系统综合研究,在分析链式结构和分支结构的基础上建立了基于键合图的传递矩阵法;提出了阻抗—导纳键合图并建立了基于键合图的阻抗—导纳法;将键合图用于动态子结构研究。所给出的算例表明本章研究使传统上只能用于机械系统的这几种方法可以非常方便地用于多能域耦合系统和非机械系统的动力学特性研究中。 第四章 分析了机、电、液三类系统的共同数学和物理背景,在此基础上,借助键合图将模态概念和方法推广应用于电路和液压回路中。研究了不同能域耦合系统的模态分析方法,分析了TF节和GY节中耦合参数对模态的影响。 第五章 分析了现有模块化建模方法的特点、原理及其缺陷,提出了基于键合图的模块化建模方法,建立了一个包含部分常用部件的键合图模块库。 第六章 最后应用部分本文提出的方法,在国家自然科学基金项目和与宝钢合作项目支持下,完成了一个典型的复杂机电系统—高速轧机的模块化建模、仿真、模态分析及实测对比研究,验证了本文理论研究成果的优越性和正确性。
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