液体动静压电主轴磁-流-固全状态时效载荷识别理论与方法
批准号:
51775180
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
毛文贵
依托单位:
学科分类:
机械设计学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
伍新、李建华、王高升、丁科、王强、陈娟
中文摘要
液体动静压电主轴是精密机床的核心功能部件,磁-流-固全状态时效载荷对其回转精度具有决定性影响。电主轴运行过程中存在转速、油膜参数、磁场参数及形状误差等多源不确定性因素,响应信号耦合关系复杂,载荷难以直接计算和测量。本项目拟综合考虑液体动静压电主轴磁-流-固全状态时效载荷的不确定性、多场耦合性,研究和开发多场耦合不确定性载荷识别的计算反求技术。首先研究电主轴磁-流-固耦合机理,分析载荷和响应特征,基于盲源分离解耦策略实现耦合信号分离;其次对不确定性参数用概率和区间混合度量,实现不确定性参数更为准确的定量描述;再开发高效的多场耦合不确定性载荷识别算法,解决载荷识别过程中复杂的两层嵌套、不适定性等技术难点;最后将相关模型和算法模块化集成,实现液体动静压电主轴磁-流-固全状态时效载荷的概率区间的快速识别。本项目的完成能够为电主轴提供更为合理的载荷统计特性的边界,为机床的超精密加工提供理论支持。
英文摘要
The Hydrostatic-dynamic spindle is the core functional part of the precision machine tool, whose full-state aging of magnetic-fluid-solid load has a decisive influence on rotational accuracy. In the process of operation, the magnetic-fluid-solid load of motorized spindle is affected by complex coupling test signal and multi-uncertainty factors contain spindle speed, oil film parameters, magnetic field parameter and profile error. Measurement and mathematical calculation of the dynamic load are sometimes difficult. In this project, technical difficulties of the uncertainties and multi-field couplings from the full-state aging of magnetic-fluid-solid load of the Hydrostatic-dynamic spindle will be comprehensively considered, and the theory and methodology of inverse problems for uncertain multi-domain coupling load will be investigated and developed. Firstly, blind source separation which can separate source signals from complex signals will be researched based on load and response characteristics from the magnetic-flow-solid coupling mechanism; Secondly, the hybrid model of uncertainty will be established based on probability and interval, which can realize more accurate quantitative description about the uncertain parameters; Then the high efficient algorithm for the uncertain multi-domain coupling load identification will be developed, which can solve the complicated two layers nested and ill-posedness of the inverse problem in the load identification; Finally, the corresponding models and algorithms is integrated, and realize the speedily solving for the statistic interval of the full-state aging of magnetic-fluid-solid load acting on the Hydrostatic-dynamic Spindle. The completion of this project can provide more compelling statistical boundaries of the dynamic load of the motorized spindle, and provide theoretical support for the ultra-precision machine tool.
磁-流-固全状态时效载荷对液体动静压电主轴回转精度具有决定性影响。电主轴运行过程中存在转速、油膜参数、磁场参数及形状误差等多源不确定性因素,响应信号耦合关系复杂,载荷难以直接计算和测量。本项目针对多场耦合、耗时的液体动静压电主轴瞬态响应分析,开发了传递矩阵法和代理模型建模方法,发展了遗传智能采样技术和信赖域管理技术;针对不确定性参数度量,发展了区间分析法、概率分析法和区间概率混合分析法。对于磁-流-固全状态时效载荷识别方面,针对电主轴磁场载荷,提出了基于切比雪夫多项式的电磁时空耦合载荷识别算法;针对滑动轴承液压载荷,提出了区间不确定动载荷识别算法;针对转子系统不平衡载荷,提出了遗传智能采样技术的贝叶斯理论识别载荷算法、基于改进的最大似然法识别概率不确定性载荷。对于混合不确定、多场耦合载荷,基于载荷识别技术和优化技术开发混合不确定性载荷识别算法,发展了一套集磁-流-固全状态时效载荷机理分析、盲源分离信号解耦策略、概率区间混合度量不确定性参数、不适定反问题的正则化、高效的多场耦合不确定性载荷识别方法为一体的电主轴系统的动态载荷识别技术,客观地估计和评价不确定性、多场耦合性对载荷识别反问题解的影响,实现了液体动静压电主轴磁-流-固载荷概率区间的快速识别,从而为电主轴系统消除油膜振荡、故障诊断、提高回转精度提供更为合理有效的载荷条件。并成功应用于风电领域。项目执行期间,出版学术专著1部;发表学术论文13篇,其中SCI论文5篇,EI论文4篇;授权发明专利2项、实用型专利1项和软件著作权2项;参加国际国内会议10余人次,做大会交流报告4次;培养硕士研究生6名。本项目的研究全面完成了既定的研究目标和各项研究内容,并进行了一定的扩展性研究。本项目研究成果为液体动静压电主轴不确定性建模、多场耦合载荷识别提供了理论基础,扩展和丰富了载荷识别理论。
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DOI:
10.15987/j.cnki.hgbjbz.2018.04.010
发表时间:
2018
期刊:
湖南工程学院学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[毛文贵, 李建华, 王高升]
通讯作者:
王高升
DOI:
--
发表时间:
2019
期刊:
湖南工程学院学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[李建华, 毛文贵, 周舟]
通讯作者:
周舟
Bearing dynamic parameters identification for a sliding bearing-rotor system with uncertainty
不确定性滑动轴承-转子系统的轴承动态参数辨识
DOI:
10.1080/17415977.2017.1377708
发表时间:
2018-08
期刊:
Inverse Problems in Science and Engineering
影响因子:
1.3
作者:
[Mao Wengui, Li Jianhua, Huang Zhonghua, Liu Jie]
通讯作者:
Liu Jie
Identification of eccentricity of a motorized spindle-tool system with random parameters
具有随机参数的电动主轴刀具系统的偏心率识别
DOI:
10.5194/ms-12-715-2021
发表时间:
2021-07
期刊:
Mechanical sicences
影响因子:
--
作者:
[Wengui Mao, Qingqing Tang, Dan Feng]
通讯作者:
Dan Feng
DOI:
10.15987/j.cnki.hgbjbz.2018.03.006
发表时间:
2018
期刊:
湖南工程学院学报(自然科学版)
影响因子:
--
作者:
[李建华, 毛文贵, 王高升]
通讯作者:
王高升
共 12 条
大功率风电齿轮箱滑动轴承轴心轨迹精度分析与耦合界面载荷辨识研究
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批准号:2023JJ30192
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2023
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负责人:毛文贵
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依托单位:
风电齿轮箱滑动轴承强突变重载混合润滑与磨损耦合建模理论与方法
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批准号:52375244
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2023
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负责人:毛文贵
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依托单位:
基于概率和区间混合度量的风力发电机组模型参数识别理论与方法
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批准号:2019JJ60036
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2019
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负责人:毛文贵
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依托单位:
国内基金
海外基金