零刚度低频隔振器原理研究

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随着先进半导体工业生产、精密机械和国防工业的发展,对隔振平台的低频隔振性能要求越来越高。传统的弹簧-阻尼-质量系统只能对高频给出满意的隔振效果,对于低频微幅振动基本没有隔振能力。本文研究了几种新型隔振器,在低频干扰作用下,具有良好的隔振能力。  本文研究了一种正负刚度并联系统,运用拉格朗日函数得到了系统的力学模型,求得了刚度的数学公式,得出在平衡点附近具有一个零刚度区间。研究结果表明,在平衡点附近,此系统具有适于低频隔振的高静刚度,低动刚度的特性。  本文研究了一种永磁机械并联零刚度系统。设计了机械永磁隔振系统的参数,使系统在平衡点位置达到零刚度。通过分析建立的模型,对比相应线性系统和非线性系统,在相同的干扰力作用下,非线性系统所受到的脉动力远远低于线性系统。本文还设计了基于backstepping算法的主动控制,运用李亚普洛夫原理保证系统在理论上是稳定渐进趋近于零刚度点。仿真分析表明系统受到100N的低频干扰的作用,系统的脉动力低于0.047N。  本文对一种全永磁并联隔振系统进行了研究,设计了基于 backsteping算法的控制器。通过仿真测试了系统初始状态不在平衡点位置,或者受到突然的冲击载荷,以及在低频加速度干扰等各种工况下的系统跟踪情况,结果表明系统具有很好的抗冲击的作用,能在时间5s内,收敛于平衡点,即系统的脉动力基本为零。本文还应用了基于tunningfunction的backstepping算法,对参数不确定的被动隔振系统进行了分析,应用高斯白噪声作为干扰输入,测试系统的位移曲线,控制力曲线,研究结果表明系统位移在平衡点附近作微小振动。本文提出一种非线性传递率概念来评价隔振效果,取系统振动位移在一个运动周期内的平方积分均值对底座位移一个周期内的平方积分均值的比值开平方。仿真结果表明系统在低频作用下有良好的隔振效果。
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