柔性耦合隔振系统建模与主动控制策略研究

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随着机械设备不断向高速化、重载化的发展,以及工程机械结构的日益轻薄化,在工程中产生了更加强烈的振动和结构噪声。而这种情况的发生,也趋使我们对振动隔离的要求日益提高。在实际工程中,许多机械设备是安装在柔性结构上的,如船舶的船体或甲板,汽车的底盘以及机器安装上楼问题等等,这些隔振问题都涉及到机器与基础的动态耦合。因此,为了深入了解机器与基础耦合振动的特性,进而采取有效的控制措施降低结构振动由振源向基础结构的传递,必须建立准确的复杂柔性耦合隔振系统的数学模型,对机器与基础的动态耦合问题进行研究。本论文结合十一五项目“新型主动隔振器的研究”对包括被隔离设备、多个电磁式主被动一体隔振器和柔性基础在内的复杂柔性耦合系统的建模进行了研究,并基于多隔振器柔性系统的隔振模型展开主动控制方法的研究。具体研究有以下几点: 一、针对舰船隔振系统介绍了被动隔振和主动隔振概念;回顾和总结了舰船主动隔振常用作动器以及隔振系统的建模方法;概述了主动隔振系统的主要控制方法,明确了目前迫切需要解决的问题,确立本论文的研究内容。 二、介绍机械阻抗/导纳耦合方法的基本理论,对单隔振器柔性耦合隔振系统进行了动力学建模,并对系统的特性进行了分析。应用最小二乘拟合以及平衡截断的降阶方法对模型进行处理,得到了系统的面向控制的状态方程。同时,为了进一步验证系统模态和建模方法的正确性,还通过ANSYS对系统进行分析与计算,通过对比得出了模型正确的结论。 三、针对目前大型机器设备往往需要多个弹性隔振器来支撑的问题,开展了多隔振器柔性耦合隔振系统的动力学建模研究,并通过仿真对系统的特性以及稳定性进行了分析,得到了多隔振器系统状态方程,为有效的抑制机器与基础的耦合振动,提供理论上的指导依据,为下一步开展了控制方法的研究提供了基础。 四、分别针对单自由度和多自由度系统进行直接速度反馈控制的研究,仿真结果证明了直接速度反馈控制方法有效。为了验证控制方法的可行性和系统的减振性能,建立一套柔性耦合隔振系统。并针对该单隔振器柔性耦合隔振试验系统开展系统测试、辨识、建模以及特性分析等工作,对理论进行验证,为实现多点控制提供一个理论基础。 五、对全文工作进行总结,并对下一步工作及待解决的问题进行了展望。
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