强非线性振动系统极限环振幅控制研究

研究一类强非线性振动系统极限环振幅控制。利用改进的多尺度法求解系统极限环振幅表达式；构造几类线性、非线性反馈控制器，获得反馈系数与极限环振幅的近似解析关系；通过选择适当的反馈系数，可对极限环振幅进行控制；讨论并比较不同控制器的控制效果；数值模拟结果验证了幅值预测的正确性与控制的有效性。对较大参数 仍具有较高精确度。     

Duffing-van der Pol振子的时滞反馈控制研究

本文研究了Duffing-Van der Pol振子在一类时滞反馈控制下零解的稳定性问题以及极限环的振幅和稳定性问题。依平均法和对时滞反馈控制项泰劳展开的截断得到的平均方程表明,零解的稳定性除与原方程中线性项的系数有关外,只与线性反馈有关,与非线性反馈无关。通过调整线性反馈的增益和时滞,可以使不稳定的零解变得稳定。零解发生Hopf 分岔导致的周期解的振幅除与原方程中非线性项的系数有关外,与线性反馈和非线性反馈均有关。通过调整反馈增益和时滞,不仅可以控制极限环的振幅,还可以抑制极限环的产生。此外,根据平均方程还容易发现反馈时滞对系统动力学行为的影响具有周期性。数值仿真的结果验证了理论分析的正确性。     

轴向变速黏弹性Rayleigh梁非线性参数振动稳态响应

研究非线性轴向运动黏弹性Rayleigh梁因速度周期变化产生的亚谐波共振。轴向运动速度在平均速度附近做简谐周期性脉动。通过取物质导数的Kelvin本构关系描述Rayleigh梁的黏弹性。运用多尺度近似解析方法,构建轴向运动Rayleigh梁的非线性偏微分方程的可解性条件,分析参数振动稳态响应的振幅与扰动速度频率关系。并运用微分求积方法直接离散非线性Rayleigh梁的控制方程,以验证近似解析方法分析。通过数值算例,分析了系统参数对稳态响应曲线的影响。     

轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动

研究轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向非线性强受迫振动的稳态响应。由广义Hamilton变分原理推导出轴向运动黏弹性Timoshenko梁横向振动的控制方程及相应的边界条件。模型中考虑剪切模量、转动惯量对梁的影响。黏弹性本构关系中运用Kelvin模型并引入物质时间导数。对控制方程施用直接多尺度法,建立强受迫共振的可解性条件,得到稳态响应振幅与激励频率关系曲线。应用Routh-Hurwitz判据判断稳态响应振幅的稳定性。利用数值结果给出不同参数下,如非线性系数、激励振幅与黏弹性阻尼等对稳态幅频响应及稳定性影响。     

极限环曲率系数在电机系统分岔控制中的应用

针对无刷直流电机系统等效非线性数学模型,分别设计了washout-filter控制器和非线性状态反馈控制器控制系统的分岔行为,并引入极限环曲率系数计算方法,求出系统的曲率系数,通过曲率系数讨论控制参数对Hopf分岔类型及周期解振幅的影响,得出当曲率系数小于零时,原系统不稳定极限环被控制为稳定极限环。然后对两种控制方法进行比较,结果表明washout滤波器较非线性反馈控制器具有明显优势。最后用数值仿真验证了本文的结论。     

二元翼段间隙非线性颤振的模糊控制

根据模糊控制不依赖于被控对象的精确模型,对参数变化不敏感,具有很强鲁棒性的特点,提出一种模糊逻辑控制器,对包含间隙的二元机翼极限环振荡进行控制,并对其响应机理进行探讨和研究。数值仿真结果表明,模糊控制器能够有效抑制非线性极限环振动,使系统迅速达到稳定,提高系统颤振速度。     

机电集成超环面传动系统内共振研究

机电集成超环面传动系统为集机、电和控制于一体的新型广义复合机电耦合系统,工作中非线性电磁啮合力可能导致明显的内共振现象, 影响系统的正常运行。本文考虑系统中行星轮与蜗杆、定子间电磁啮合非线性,建立了系统强非线性运动微分方程组, 针对不存在与存在内共振两种情形,用多尺度法求出了系统时域响应的一次近似解析解,作出了系统振幅随时间的变化曲线和系统时域响应曲线;针对不存在与存在内共振两种情形,研究了系统各部件动态位移随时间的变化规律。研究结果表明：内共振使得系统能量在系统内不同零件间交互传递,导致各零件振动振幅增大,影响系统动态性能,设计时应该避免内共振的产生。     

基于MRD的水轮发电机组轴系非线性振动控制

考虑多种非线性因素作用下,将磁流变液阻尼器(MRD)引入水轮发电机组非线性振动模型中,建立了基于磁流变液的机组非线性动力模型,研究磁流变液对水轮发电机组轴系振动的影响。通过与传统机组非线性模型进行对比研究,结果表明,使用MRD阻尼被动控制,能够明显改善水轮发电机组系统的动力响应。MRD可以在机组系统周期运动时减小其振幅和速度响应,而不改变其运动形式;并能够抑制某些过渡工况下转速升高后出现的复杂拟周期运动,并减小其振幅波动。     

新型汽车扭振减振器扭振特性试验研究

对一种新型汽车扭振减振器的动态工作特性进行试验研究,通过试验与理论相结合的方法,系统的研究了该减振器动态扭振特性。研究表明：减振器恢复扭矩与扭振振幅成典型的迟滞非线性,而且其动刚度是振幅的非线性函数;阻尼是振幅、频率的非线性函数,阻尼成分较丰富,既有干摩擦阻尼,又有粘性阻尼;建立的恢复扭矩混合阻尼动力学模型能够很好地描述这类非线性扭振减振器的迟滞特性,理论回线与试验回线吻合较好,为优化设计出高性能的汽车扭振减振器提供了理论依据。     

滚筒洗衣机瞬态脱水振动的分析与控制

为控制滚筒洗衣机瞬态脱水振动,建立了带有磁流变阻尼器的滚筒洗衣机平面振动模型;通过数值求解,分析了脱水过程按指数规律启动时,系统最大振幅随加速时间常数的变化;讨论了不同稳态转速下,系统最大振幅平均值随衣物负载质量和阻尼器控制电流的变化,结果表明:磁流变阻尼器控制电流对系统最佳加速时间常数的影响不大,对于1～9 kg的衣物而言,采用0.7的加速时间常数可取得较好的综合控制效果。此外,为综合考虑悬挂系统的瞬态抑振与稳态隔振,提出一种简单的磁流变阻尼器控制策略:采用短时傅里叶变换追踪盛水桶振动频率,当该频率大于预设的基准频率后,将阻尼器控制电流从最大降为最小以取得较好的隔振效果,最后,通过仿真验证了该策略的有效性。     

含时滞振动主动控制系统地震响应的数值分析

本文采用精细积分方法计算了时滞受控系统在地震作用下的动力响应,得到在不同反馈增益下随时滞量变化的系统地震响应峰值分布。分析了在小时滞范围内随时滞量变化和反馈增益在不同的取值下对系统响应的影响,结果表明时滞对系统控制效果的影响程度随反馈增益的增大而增大,当时滞较大时,采用较小的控制增益控制效果较好,当时滞较小时,采用较大的控制增益可以获得更好的控制效果。本文结果可用于设计考虑时滞影响的结构振动主动控制算法。     

螺旋离心泵转子系统动态响应数值分析

为研究螺旋离心泵转子对流固耦合作用的动态响应信息,以ZJ200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,利用CFD软件CFX12.1和有限元软件ANSYS Workbench对其进行了考虑流场变载荷和结构相互作用的两场交替联合求解。得到转子受到的激励力以及位移响应频谱特点,结果表明：叶轮受到流场变载荷激励,发生了弯曲及拉伸振动;叶轮径向位移随流量增大而减小,其主频率与径向力主频率同为48.3Hz,轴向力以低频随机波动为主,但轴向位移仅在200Hz以内有较明显的响应,且振幅随频率增加而减小;叶轮质心位移在低阶频率处的振幅不高,高阶频率的振幅逐渐减小,轴向及径向位移均没有振幅过大的情况出现,说明螺旋离心泵转子正常工作时未发生共振,稳定性良好。本文研究结果对螺旋离心泵转子系统的设计改良及振动分析具有一定的参考意义。     

时滞位移反馈作用下多自由度微陀螺的刚度非线性及控制研究

为揭示多自由度微陀螺非线性系统中位移反馈项对系统动力学特性的影响规律,探索对非线性的控制方法,以一类四自由度静电驱动微机械陀螺为研究对象,采用多尺度法对微陀螺受控系统在频域和时域中的动力学特性进行了分析。研究发现:时滞量为整周期或半周期时反馈增益可有效的对系统共振频率进行调节;时滞量为四分之一或四分之三周期时,反馈增益主要影响幅值大小,共振频率基本保持不变;反馈控制参数选取得当可消除非线性引起的多稳态解,增加陀螺的灵敏度稳定性,选取不当会导致系统出现复杂的概周期运动使灵敏度稳定性遭到破坏。     

悬臂梁易损部件在矩形加速度脉冲激励下的动力学响应与有限元分析

为分析悬臂梁易损部件在矩形脉冲激励下的振动响应,推导出悬臂梁在悬臂端处动态应力的近似解析解,得到最大应力与矩形脉冲峰值之间的关系,分析结果表明：在速度变化量一定时,最大应力随加速度脉冲幅值的增加而增加,但会无限逼近极限值。最后建立了易损件-质量主体在矩形脉冲激励下的有限元模型,并与解析解进行了对比,发现运用2阶振动模态即可得到精确的悬臂梁的应力响应,所取得的研究成果为具有悬臂梁式易损件在蜂窝纸板缓冲作用下的防护提供理论基础。     

Van der Pol oscillator with time variable parameters

In this paper, the analytical solving procedure of the oscillator with slow time variable mass is developed. The solution is based on the Jacobi elliptic function whose properties: frequency, amplitude and modulus are obtained according to the requirements given for the amplitude of the displacement and the amplitude of the velocity of vibration and also period of vibration. The suggested procedure is applied for the solution of the time variable Van der Pol oscillator. The limit value of the initial mass of the oscillator is determined which separates the case when the limit cycle motion occurs, and the case when the amplitude of vibration tends to zero independently of the initial displacement. A numerical example is considered. The analytical solution is compared with the numerically obtained one and it is concluded that they are in good agreement.     

双质体振动磨动力学建模及参数优化

针对多自由度振动磨系统建模困难以及动力学参数优化设计的需要,根据拉格朗日方程建立双质体振动磨6自由度动力学方程,利用数值分析方法分析了系统的动力学响应,并通过振动测试试验验证了模型的有效性。在振动微分方程的基础上研究了激振器转速对振动磨动力学特性的影响,仿真结果表明在一定范围内,转速越大,振动强度越大,但振动幅值越小。为了使振动磨产生更好的粉磨效果,对激振参数进行优化分析。利用模态分析获得双质体振动磨的固有频率和振型,分别从振动强度和共振频率两个角度确定系统激振器转速的上下限,得到转速的最佳取值范围。在实验室振动磨样机上进行参数优化后的粉磨试验,实验结果表明,改进后的振动磨机金刚石粉体产品d50达到0.27µm,较之前有所细化,验证了参数优化具有一定的工程效果,为振动磨超微粉碎的动力学设计和产品开发奠定了基础。     

弹性试件的实时子结构试验等效力控制方法

等效力控制方法用反馈控制代替迭代过程求解实时子结构试验隐式逐步积分方法的非线性方程。通过对具有弹性试件体系的数值模拟和试验进一步验证实时子结构试验等效力控制方法的有效性。首先介绍实时子结构试验等效力控制方法的原理;然后以一单自由度体系为例介绍比例-微分等效力控制器的设计方法,并用劳斯判据分析反馈控制系统的稳定性;接着对一具有弹性试件的单自由度体系进行单步输入反应、自由振动反应和受迫振动反应的数值模拟;最后通过对具有弹簧试件的单自由度体系的单步输入、自由振动和受迫振动反应的实际试验验证此方法的有效性。分析结果表明,只要反馈控制系统中各参数均选正值此系统就是稳定的。数值模拟和试验的结果都表明,等效力控制方法可以取得非常好的稳定性和精度。     

振荡浮子式波能转换装置动力输出系统特性研究

动力输出系统(Power Take-Off, PTO)作为波浪能转换装置(Wave Energy Converter, WEC)的主要构件之一,对系统运动及能量转换至关重要。首先基于势流理论,运用特征函数展开法得到圆柱形浮体所在流域的速度势函数级数表达式,进而通过边界匹配法得到作垂荡运动浮子的附加质量、阻尼系数及波浪激励力的解析表达式。针对阻尼器特性,分别研究线性和非线性PTO阻尼作用下,浮子的运动及波能转换特性,重点研究了线性PTO作用下的过阻尼问题。计算结果表明,低速度指数的PTO系统对装置运动的影响主要体现在PTO阻尼系数上,随着阻尼系数增大,波能装置的共振频率逐渐减小,但减小幅度很小;PTO系统的非线性特性并不能改变浮子的最优转换效率,但是较大的速度指数能有效改善PTO系统的阻尼容量;在较低频和较高频时,通过解析算法得到的最优PTO阻尼系数会使得装置处于过阻尼工作状态,且在低频部分需要进行最优PTO修正的最高频率和在高频部分需要进行修正的最低频率均随着半径和吃水的增大而逐渐减小。