橡胶压电堆隔振系统参数最优化反馈控制

为了减小振动对飞行器上仪器的影响,设计了一种橡胶和压电堆相结合的主被动一体化隔振器,提出了一种基于遗传算法并考虑系统稳定性的反馈参数优化方法,并对该系统的隔振效果进行实验验证。建立了该隔振器结构的动力学模型,通过实验对橡胶和压电堆进行参数识别。以系统的振动传递率为目标函数,考虑控制系统的稳定性,以稳定条件作为约束条件,应用遗传算法得到最优化的速度反馈控制参数。搭建实验平台并采用最优化的控制方法进行隔振控制实验。实验结果表明,主被动一体化隔振系统比单纯的被动隔振系统隔振效果好,而且在共振点附近减振效果最好。     

网结构隔振特性的理论与实验研究

针对航天器微振动高性能隔振的特殊要求,提出一种基于网结构的新型隔振方法,对由振源-网结构-弹性边界构成的耦合系统进行了振动建模与分析。对于网结构,采用子结构导纳综合法建立其模型,获得了垂直于网面的频域振动方程;对于边界梁,采用弦-梁单向耦合,将动态张力沿垂直和水平方向分解,得到振动响应的完整描述。在此模型基础上,分析了耦合系统的振动传递特性。为验证理论的正确性,设计并搭建了网结构微振动实验台。结果表明,网结构平台具有良好的被动隔振效果,在较宽的频段内,可以实现20dB以上的振动衰减。     

城市轨道交通临近建筑的隔振分析

基于车辆-轨道垂向耦合模型获得的地铁轨道路基振动激励,建立了采用粘弹性边界平面有限元地层模型,分析了地面振动响应特点;分析了叠层橡胶垫、圆柱形螺旋港弹簧和碟形弹簧三种隔振元件的力学性能,讨论了建筑基础隔震技术在城市轨道交通领域减振应用的可能性;采用一四层框架作为研究模型,分析了基础隔振框架随结构竖向自振特性变化的振动响应规律,并提出设计建议.分析结果表明:地铁路基荷载一般在10 Hz以下,集中在5 Hz以内,主要表现在低频段;水平与竖向结构动力响应均应考虑;现有隔振元件竖向刚度经过适当调整,或者采用适当的组合形式,是可以满足对城市轨道交通引起的建筑结构振动控制的要求;隔振结构竖向第一自振频率控制在3 Hz-5 Hz范围内.并在隔振层附加5%-10%的阻尼,可以获得70%竖向减振效果.     

柔性基础混合隔振系统建模与控制研究

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行了建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行了对比,在验证了模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行了控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

基于气动肌肉和负刚度机构的主、被动宽频隔振研究

为实现简单、可靠、低耗、高效的微振动宽频隔振,基于气动肌肉和负刚度机构构建了一种新型隔振系统,对其主、被动控制进行了研究。首先建立系统的动力学模型,在此基础上分析了系统的准零刚度特性,分别运用近似解析方法和数值方法对系统的振动传递率、振动响应以及非线性现象进行分析。然后结合反演控制设计方法、自适应以及滑模控制技术,制定了系统的低频主动控制策略,运用数值方法对主动控制下的隔振性能进行了分析。结果表明,该系统拓宽了被动控制的低频隔振频带,对5 mm以下幅值的激励,隔振频率可降至0.033 Hz,而在小于0.033 Hz的超低频带,应用主动控制方式可以实现低能耗的高精度隔振,因此二者结合可以实现简单、可靠、低耗、高效的微振动宽频隔振。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

柔性基础混合隔振系统建模与控制

实际的混合隔振系统一般由刚体振源、弹性安装基础以及连接它们的隔振器、作动器构成,是一个复杂的具有刚柔耦合特性的无限维分布参数系统。为了兼顾系统建模的准确性和控制器设计的方便性,采用子结构模态综合法对柔性基础混合隔振系统进行建模,并与ANSYS建立的有限元模型进行对比,在验证模型有效性的基础上,基于修正的独立模态控制算法对混合隔振系统进行控制设计和仿真分析,结果表明设计的混合隔振系统能够有效地减小基础的振动响应,且隔振效果优于被动隔振系统。     

模块式主动隔振单元结构动力特性研究

 提出一种主动振动控制平台的模块式设计概念,采用有限元建模方法对自行设计的模块式隔振单元台体进行结构动力学方程建模,并利用动力学方程对该隔振单元进行简单开环主动振动控制的模拟,得出适当调整主动元件作动器的输出力可以有效控制隔振平台两个自由度方向振动的结论.通过对隔振单元振幅放大因子的研究,发现在隔振单元工作频带范围内没有出现其固有振动,因而对于大部分低于其固有频率的振动将采取主、被动隔振技术来完成.综合上述隔振单元动力特性的进一步分析,可知所建动力学模型能够较好地描述隔振单元的动力特性．     

压电-黏弹性材料混合隔振器的设计与研究

为了降低振动载荷对结构的影响,以叠层式压电作动器作为主动隔振元件,以黏弹性材料作为主体设计被动隔振元件,提出了一种新型混合隔振器。以模拟刚体卫星为研究对象,建立了整星混合隔振系统的动力学模型,对混合隔振器的隔振原理进行了理论分析和数值仿真,在此基础上,利用单输入多输出PID控制方法设计主动控制器,对模拟刚体卫星混合隔振系统进行了试验研究。仿真和试验结果表明,与单纯被动隔振器相比,混合隔振器能够有效降低传递到结构上的振动载荷,特别是在结构固有频率附近隔振效果更加明显,从而显著提高了结构的安全性和可靠性。     

中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响

为定量分析中间构架柔性对内燃动力包双层隔振系统隔振特性的影响规律,指导双层隔振系统的优化设计,建立中间构架的有限元模型并进行模态计算,通过与试验模态对比,验证有限元模型的正确性。在Adams中建立考虑中间构架柔性的刚柔耦合系统动力学模型以及将中间构架视为刚体的多刚体系统动力学模型。通过自由振动和扫频分析,得到中间构架柔性对双层隔振系统隔振特性的影响规律。研究结果表明中间构架柔性会使系统固有频率及主模态方向解耦度减小,并使系统幅值响应出现"移频"、"增频"现象,其中低频段以"移频"为主,高频段以"增频"为主,中频段二者同时出现。相关结论可为隔振设计以及耦合振动的有效控制提供动力学方面的参考。     

基于压电堆和粘弹性材料的新型整星混合隔振系统

摘　要：为了降低振动载荷对卫星的影响,采用压电堆和粘弹性材料作为主被动隔振元件,设计一种新型的整星混合隔振系统,并对其隔振原理进行理论分析。通过有限元方法建立该隔振系统的有限元模型并分析其频率响应特性,根据分析结果,运用特征系统实现算法获取系统的最小阶状态空间模型来设计控制器,完成离线仿真。在此基础上,对低柔性模拟卫星进行整星混合隔振试验。仿真和试验结果表明,整星混合隔振系统能够有效地降低运载火箭传递到卫星的振动载荷。与整星被动隔振系统相比,整星混合隔振系统对低频振动分量具有显著的抑制作用,证明了该隔振系统的可行性和有效性,大大提高了卫星的安全性和可靠性。     

潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统

为了克服潜艇动力设备被动隔振系统的不足,提出基于混合隔振系统的模型参考自适应控制方法,设计潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统,并给出设计实例和仿真计算。仿真计算结果表明：采用模型参考自适应控制算法的混合隔振系统,能够有效的弥补潜艇动力机械设备被动隔振系统的不足。     

混合隔振系统自适应模糊滑模控制

针对机械设备被动隔振在低频段隔振效果较差的问题,建立磁致伸缩作动器的电-磁-机转化数学模型,提出一种基于自适应模糊滑模控制算法,并用李雅普诺夫方法证明控制器的稳定性,将该控制策略与磁致伸缩作动器应用于混合隔振系统中。仿真结果表明：在单频、多频及随即激励条件下,自适应模糊滑模控制器具有良好的动态特性和鲁棒性,能够提高系统隔振效率并拓宽隔振频段,有效减小传至基础的力。     

磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

 In order to effectively control the low frequency vibration of ship machinery,a passive-active hybrid vibration isolation mount using maglev actuator was designed. Maglev actuator is excellent for active vibration isolation, with non-contact structure, low stiffness and rapid response. However, the actuator’s nonlinearity has to be restrained by control algorithm. The nonlinearity of maglev actuator was analyzed, the nonlinear reverse model of actuator was built through theoretical analysis and experimental correction, and an improved FxLMS algorithm based on reverse model linearization and frequency range division control was put forward, which has the advantage of low computation load for real time control. Experiments were performed on a multiple-DOF active vibration isolation system, results show that the improved FxLMS algorithm could effectively reduce the vibration energy at targeted frequency, and well restrain the nonlinearity-induced vibration.  

      

A micromachined vibration isolation system for reducing the vibration sensitivity of surface transverse wave resonators

A micromachined system has been developed for reducing the vibration sensitivity of surface transverse wave (STW) resonators. The isolation system consists of a support platform for mounting the STW resonator, four support arms, and a support rim. The entire isolation system measures 8 mm by 9 mm by 0.4 mm without the resonator mounted on the platform. The system acts as a passive vibration isolation system, decreasing the magnitude of high frequency (>1.2 kHz) vibrations. Finite element analysis is used to analyze the acceleration sensitivity of the mounted resonator. The isolation system is then modeled as a damped mass-spring system and the transmissibility of vibration from the support rim to the support platform is calculated. Multiplying the acceleration sensitivity of the resonator by the transmissibility results in the expected system vibration sensitivity. The isolation systems are fabricated using two sided bulk etching of (110) oriented silicon wafers. STW resonators were mounted on the isolation systems, and the isolated units were mounted on commercial hybrid oscillator substrates. Vibration sensitivity measurements were taken for vibrations with frequencies ranging from 100 Hz to 5 kHz. The measured data show that the system performs as expected with a low frequency (<500 Hz) vibration sensitivity of 1.8×10^-8/g and a high frequency roll off of 12 dB/octave     

多点双层主被动一体化隔振器设计与仿真

为保证飞行器敏感仪器的精度,提出一种压电堆橡胶组合隔振器。对压电堆作动器和橡胶隔振器进行设计,提出一个多点支撑双层主被动一体化隔振系统,建立隔振系统的动力学模型,应用改进后的线性二次型（LQR）经典最优理论对双层隔振系统进行主动控制算法设计,并基于Simulink对正弦激励和随机激励情况分别进行了数值仿真分析。仿真结果表明,所设计的隔振器能够大幅度隔离源自基础的激励,证明所研究的隔振方法在理论上是有效的和可行的,从而为进一步的实验研究奠定基础。