一、课题研究的背景和意义

回转支承是近四十年在世界范围内逐渐兴起的新型机械零部件，是一种能承受较大轴向、径向综合载荷和倾覆力矩的大型精密回转零件^[1]，广泛应用在船舶设备、工程机械、轻工机械、冶金机械、医疗机械、工业机械等行业^[2]，这些行业设备需要相对回转运动的基础零件。一方面为回转支承提供了市场，另一方面也对回转支承的数量、质量和水平提出了更高的要求^[3]；同时，市场上需求的回转支承种类越来越多，标准产品也难于满足，需要根据实际要求定制的非标准回转支承。

由于回转支承广泛应用于大型机械结构中，它是需要作相对回转运动的基础部件，要求同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩，低速重载，采用齿轮驱动，工作环境尤其恶劣^[4]。回转支承类似于机械设备的”关节”，作为机械结构关键部件，一旦失效将造成整机失效，甚至重大事故。因此回转支承使用寿命和可靠性问题一直是业界关注的热点。

二、国内外研究现状及发展趋势

我国回转支承产品的发展起步较晚，也就是到70年代末80年代初才有一定的规模。经过几十年的发展，我国的回转支承研发上有了较大进步，特别是近几年，在国家政策支持下，回转支承越来越多地使用在节能环保项目中，如风力发电机组。达到了国内市场占有率在61%以上，也开始进行出口贸易^[5]。

虽然回转支承研发及应用发展较快，但与国外行业相比，差距还是比较明显。 设计技术方面，国外只需将工况、安装尺寸要求、转速等数据输入计算机，CAD 程序自动完成产品的结构设计、承载能力计算，同时输出各种图形和曲线，并且使用有限元分析方法，对回转支承进行加载模拟仿真分析^[6]，国外公司新产品的品种层出不穷，少说也有十几种，而国内只有不到10个大类，因此每年有不少特殊要求的回转支承需要从国外进口。

然而，由于回转支承尺寸大。价格昂贵，通常不存备件。所以提高回转支承可靠性，有效延长使用寿命具有重要意义^[7]。针对回转支承寿命问题，国内外主要有如下两个研究方向：(1) 建立寿命计算模型用于优化设计，提高可靠度，但在建模方法和模型完善方面还有待深入研究^[8]；(2) 使用故障诊断方法建立健康监测系统，而故障诊断方法在环境恶劣的低速部件使用上还有待方法研究和实验验证^[9]，并且在风力发电机等维修难度大的应用场合，其意义得不到体现。近年来，有研究人员曾尝试采用智能方法构建控制系统实现延长使用寿命的目的。如王彩云等^[10]在抽油机中采用神经网络开发控制系统，根据油井实际负荷控制抽油机抽取能力，使抽油机的寿命延长了30% ；张广斌等^[11]尝试将人工智能技术引入自动换挡控制系统，研究最佳换挡规律，提高变速器的使用寿命。Asilturka 等^[12]利用模糊算法设计了自适应监控带锯系统，增加了生产率和节能率，并提高了带锯寿命。

因此，对于回转支承运动控制系统的研究，有益于延长使用寿命，提高工作效率，增强企业竞争力，瓦解国外垄断，提高国家经济水平。

三、研究方法与内容

1、PID控制器参数优化方法 ^[13]及实验方法