理论教育 特征值分析与延拓算法:探索优化方法

特征值分析与延拓算法:探索优化方法

时间:2023-07-02 理论教育 版权反馈
【摘要】:为了分析方程的平衡点稳定性,需要讨论其特征值。首先,其特征矩阵为相应的特征方程为将方程代入方程,得到其中,λ=σ±iω 代表系统的特征值。因此,在下面的分析中,将采用数值的办法连续地求解这两个方程。为此,给出了如图2-3中所描述的延拓算法[202]来达到该目的。图2-3延拓算法采用图2-3中所描述的延拓算法,可以得到系统的稳定性边界线。

特征值分析与延拓算法:探索优化方法

为了分析方程(2-11)的平衡点稳定性,需要讨论其特征值。首先,其特征矩阵

相应的特征方程为

将方程(2-13)代入方程(2-14),得到

其中,λ=σ±iω 代表系统的特征值。当它具有正实部时(σ>0),系统会失稳,并引发磨削颤振,因而该磨削过程稳定的前提是所有的特征值都具有负实部。对此,可以通过计算临界的情况(σ=0),在参数空间中区分出磨削过程稳定和不稳定的区域。

为了得到该稳定性边界,在方程(2-15)中考虑λ=±iω 并且分离其实部和虚部,可得到(www.daowen.com)

和可以看到,方程(2-16)和方程(2-17)是两个超越方程,且由于两个不同时滞τg和τw的存在,很难得到这两个方程的理论解。因此,在下面的分析中,将采用数值的办法连续地求解这两个方程。

为了同时求解方程(2-16)和方程(2-17),我们采用Newton-Raphson方法去得到数值的结果。众所周知,在初始值给得比较好的情况下,该数值方法具有极好的收敛性。然而其问题也在于,很多时候我们很难给出有效的初始值,从而得不到想要的数值结果。此外,在方程(2-16)和方程(2-17)中,我们需要求解的量包括磨削力参数κ1、τg和τw以及方程特征值ω,为了能够在三维参数空间中连续地找到系统的稳定性边界(即方程的解),必须始终给出有效的初始值。为此,给出了如图2-3中所描述的延拓算法[202]来达到该目的。

图2-3 延拓算法

采用图2-3中所描述的延拓算法,可以得到系统的稳定性边界线。即使是在三维的参数空间κ1gw中,通过改变延拓的方向进行多次计算,也能够在三维空间中得到稳定性边界面,用来区分磨削稳定和不稳定区域。下面就用一个算例来证实该算法的有效性。

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