变质量动力吸振器的控制策略研究

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机械振动会造成很大的负面影响,动力吸振器为最常用的振动控制方法,其本质是在原有振动系统上安装一个质量—阻尼—弹簧元件组成的附加振动系统,适当地调节附加系统的固有频率,将原振动系统的振动能量转移到附加系统,以减低原振动系统在该频率处的振动。本文研究了一种新型动力吸振器—变质量动力吸振器,通过调整吸振器质量实现对吸振器固有频率的调整,达到主振系统减振的目的。建立了变质量动力吸振器模型,分析了吸振器减振性能影响参数,设计和验证了动力吸振器变质量控制算法。论文的主要工作和研究成果如下:为了研究系统振动响应特性,在单自由度、二自由度系统振动理论的基础上,建立了动力吸振器动力学模型,研究了其受迫振动时动力学响应特性,在理论上,动力吸振器的减振性能与系统阻尼、质量、刚度以及外界激振的频率有关。为了研究变质量动力吸振器吸振的性能,建立了变质量动力吸振器的动力学模型,研究了主振器与变质量吸振器的耦合关系,利用Newmark积分方法对动力学方程进行求解,在此基础上,讨论了吸振器质量变化对主振系统的瞬态、稳态响应的影响,研究表明,对于某一个激振频率来说,存在一个最佳的质量使主振系统的减振效果最好,在一定范围内,吸振器质量偏离最佳质量越大,吸振效果越差;另外,不同激振频率所对应的最佳吸振器质量不同,为变质量振动控制策略的研究提供了理论依据。为了实现不同激振频率下变质量振动控制,提出了模糊控制与PID控制相结合的变质量控制策略,并在Simulink环境下对控制算法进行了仿真,实验结果表明,采用这种控制策略主振系统达到稳定时间较短,稳定时振动幅值较小。为了验证控制策略的有效性,搭建了由主振系统、吸振器、测量模块、控制单元以及执行机构组成的变质量振动控制实验台,进行了系统的硬件、软件设计,通过实验验证了变质量吸振器模型以及控制策略的正确性与可行性,为工程应用奠定了基础。
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