综合大质量偏心与弹簧横向刚度超静主动隔振平台动力学解耦控制研究

针对载荷大质量偏心和弹簧横向刚度诱发超静主动隔振平台多自由度动力学耦合问题，研究隔振平台动力学耦合特性和解耦隔振控制方法。首先，综合载荷质量偏心和弹簧横向刚度的影响建立主动隔振平台多自由度耦合动力学模型。随后，根据所建立的模型分析动力学耦合下主动隔振平台的扰动传递特性，推导耦合谐振频率与弹簧刚度、载荷质量偏心之间的解析关系。最后，给出模态空间下隔振平台动力学解耦控制方法，开发基于音圈电机的主动隔振实验平台，通过实验验证动力学模型的准确性和模态解耦隔振控制方法的有效性。     

精密加工平台隔振系统多频振动控制

近年来,随着精密加工与精密测量等技术的发展,微振动对加工精度和测量灵敏度的影响变得十分突出;传统的被动隔振器由于结构和参数固定,不能满足复杂激励环境下的隔振要求;主动隔振能量消耗大,且高频易失稳;以磁流变弹性体为代表的半主动控制技术不仅具有功耗低、稳定性好等特点,还能根据外界激励变化实时调节参数,成为振动控制领域的研究热点。针对精密加工平台系统中存在的多频振动问题和隔振系统的非线性,提出采用磁流变弹性体隔振器和分频模糊控制相结合的方法;建立了磁流变弹性体隔振系统动力学模型,推导适用于磁流变弹性体隔振系统的半主动控制条件,针对多频振动设计不依赖于系统模型的分频模糊控制器。通过控制试验验证了所设计控制器的有效性;与常规模糊控制器相比,所提方法对多频振动具有更好的抑制。     

一类多频线谱激励下的主动隔振控制方法

研究了多频离散线谱激励下的主动隔振控制问题,提出了一种多通道解耦的自适应前馈控制方法;采用窄带带通滤波器对多频振动信号进行解耦,通过多个并行的自收敛变步长归一化的LMS自适应滤波器构成前馈控制器,驱动一个单自由度的作动器对多频线谱振动进行隔离;该方法无需次级通道模型信息,具有结构简单、鲁棒性强的优点。在某型磁悬浮隔振器的隔振系统上进行了多频主动隔振实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

基于压电驱动的圆柱壳内振源振动传递控制

针对圆柱壳内振源振动通过环形支承向壳体传递的问题,提出一种基于压电作动器的主被动支承隔振方案,并通过振源-主被动支承-壳体耦合系统进行振动控制分析。根据Flugge壳理论,采用波传播法建立圆柱壳体振动模型,同时采用有限元方法建立振源及主被动支承的振动模型,最终使用子结构频响函数综合获得耦合系统振动模型。基于耦合系统模型和理想控制假设,在频域给出壳体振动可控性,并通过振源-主被动支承-壳体试验系统验证控制的有效性。仿真与试验结果表明,基于压电作动器的主被动隔振方案能显著降低壳体的宽带和线谱振动。     

主动隔振与声辐射控制中的饱和抑制

摘要：讨论主动隔振中控制器输出饱和及其抑制对振动和声辐射控制的影响。首先给出流固耦合振动的时域建模方法,采用有限元/边界元方法建立流固耦合系统的振动方程,在建模过程中通过修正流体附加质量阵得到较准确的系统模型;然后在时域模型的基础上,给出基于自适应滤波的控制和输出饱和的抑制方法。采用由单自由度隔振模型和嵌于无限大障板的简支加筋板组成的耦合系统进行仿真研究,结果显示了饱和抑制方法能够显著地改善主动隔振与远场声辐射的控制效果。     

双层隔振系统耦合振动主动控制试验研究

为减少柴油机交变力向基础的传递，提出多点自适应有源控制策略，进行双层隔振系统多方向耦合振动的主动控制试验研究。以双层隔振系统的上层质量来模拟柴油机，在下层质量上合理地布置次级振源，选取合适的误差评价点，针对这些点的振动响应实施控制。当自适应过程收敛时，下层各拾振点的振动在最小均方误差准则下得到有效抑制，则下层质量的耦合振动自然得到了有效的控制，从而减少了对基础的力传递。主动隔振模拟试验结果表明，这种多点自适应有源隔振策略对于多方向耦合振动的有源控制是切实可行的，而且简单、实用。     

柔性耦合隔振系统主动控制方法的仿真研究

针对柔性耦合主动隔振系统,本文采用阻抗/导纳方法和矩阵传递法相结合的方法,建立了包括被隔离设备、电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的柔性耦合系统的数学模型。并在此基础上,应用线性二次型高斯控制方法(linear quadratic Gaussian,LQG)对隔振系统进行了主动控制器的设计,最后通过仿真证明了控制方法的有效性。     

基于模糊控制的超静定、多变量耦合空气弹簧隔振系统姿态控制

针对超静定、多变量耦合空气弹簧隔振系统开展其姿态控制研究。先将超静定问题转化,经过分析控制对象模型,提出一种新的基于耦合特性识别的控制方法,并将该控制方法融入模糊控制器的设计,以实现多变量耦合系统姿态控制。最后,通过试验表明控制方法可行,并且所设计的控制系统具有较好静态、动态性能。     

主动隔振与水下声辐射控制的实验研究

建立一个包括有机玻璃水箱和主动隔振器的实验系统,研究主动隔振对降低结构振动及其声辐射的有效性。实验模型的建立是基于流固耦合系统的有限元分析和局部模态测试,通过数值分析确定辐射面的振动模态以及辐射声场分布。扰动源的干扰频率接近辐射面固有频率,在水中形成共振状态下的辐射声场。扰动源采用四点主动隔离,四个电磁作动器同时控制并采用自适应对消算法,抑制扰动源周期性干扰引起的振动。实验结果表明主动隔振能够明显降低平板的辐射声压。     

主动柔性耦合隔振系统的直接速度反馈实验研究

详细地介绍了柔性耦合隔振系统的组成和工作原理,然后通过系统辨识方法建立了柔性耦合系统的输入-输出动态耦合数学模型。在该模型基础上,应用直接速度反馈控制方法对柔性耦合系统进行控制,最后通过实验证明了直接速度反馈控制的有效性。     

多通道主动隔振中的通道窜扰抑制算法

多通道主动隔振是采用多个作动器协调控制的方法抑制系统的全局振动。作动器对振动进行控制同时,也对其它作动器产生干扰,通道窜扰是多通道主动控制的一大难题。将去耦合滤波器应用到抑制多通道主动控制的通道窜扰中。用去耦合滤波器滤掉控制误差信号中的通道窜扰信号,所得信号代替控制误差作为滤波-x LMS算法新的参考信号。通过仿真表明,采用耦合滤波器对多通道主动控制结果有重要影响,去耦合滤波器在通道窜扰为正反馈时依旧保证算法收敛,防止控制效果恶化。     

动力装置主动隔振系统硬件设计

随着人们对工作环境、设备可靠性及耐用度、加工精度和设备隐蔽性的要求不断提高,对于振动控制的需求越来越多。单纯的被动隔振系统无法抑制船舶电机频率1.414倍频以下的振动。主动隔振系统利用作动器产生与激振力相反的作用力可以有效地抑制低频振动。本文以船舶电机为控制对象,针对抑制200 Hz以下的低频振动开发了一套主动隔振系统。系统中采用加速度信号作为系统输入或反馈,以DSP+FPGA双核处理架构作为控制核心,最终以电磁作动器作为执行机构,通过实验验证,该系统可以达到预期隔振效果,抑制自身频率1.414倍频以下的振动。     

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。     

自适应控制算法在振动主动控制中的应用

通过试验研究主动控制振动传递的效果。采用频率在线估计和跟踪滤波的自适应控制方法,将以分量型式抑制谐波干扰引起的振动。在控制过程中,通过递推计算进行频率估计,用中心频率随动的带通滤波器进行信号跟踪,并在基本LMS方法的基础上形成自适应控制器。建立了多点控制试验台,实施跟踪滤波的自适应对消。结果表明：自适应方法能够很好地抑制谐波干扰的影响;对于多点隔振,控制通道之间存在强烈耦合作用,整体隔振效果与被控结构的振动模态相关。     

复杂弹性耦合隔振系统振动建模研究

用一种子结构建模方法建立了复杂弹性耦合隔振系统的振动方程 ,解决了以往复杂弹性耦合隔振系统中弹性筏体及非刚性基础的振动建模的问题。首先 ,详细介绍了复杂弹性耦合系统子结构建模的步骤 ;然后通过对一个具体算例的计算 ,比较了本文方法计算的结果和 ANSYS建模得到结果 ,可以看出两种计算结果的各阶固有频率结果都非常接近 ,从而证明了本文的方法是正确有效的 ;最后 ,用实验模态分析的方法进一步验证了本文的子结构方法对复杂弹性耦合隔振系统建模理论的正确性。     

微制造平台微振动的最优控制

采用混合隔振技术建立了微制造平台隔振系统。该系统以空气弹簧和橡胶层作为被动隔振元件、超磁致伸缩致动器作为主动隔振元件，并采用最优控制理论设计其主动控制器。研究了在不同的性能指标加权阵的情况下，该主动振动控制系统对基础干扰和由微制造设备产生的直接干扰所引起的微制造平台振动的控制效果。研究表明性能指标加权阵对振动控制效果影响非常大。通过大量的仿真实验确定了一组性能指标加权阵，使所设计的主动控制系统能在较宽的频率范围对基础干扰和直接干扰所引起的微制造平台振动进行有效的控制。     

超磁致伸缩作动器用于振动主动控制中的仿真研究

目前对于太阳和地球引力变化引起的微振动，采用先进的主动控制能达到高精度的隔振要求。主要是推导并建立了超磁致伸缩作动器（GMA：Giant Magnetostriction Actuator）的动力学方程和数学模型，并将其运用到振动主动控制中，采用PID（Proportional-Integral-Differential）反馈控制方法，对双层隔振下层受到激扰的系统进行仿真计算，仿真结果表明它能对微幅低频振动衰减20-50dB，能起到明显的减振效果。