附加非线性振子双稳态能量捕获器的动力学特性研究

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随着微机电技术的进步,利用周围环境中的振动能为系统供电已经成为目前动力学研究的热点。电磁式发电结构是学者们研究的重点,为了使系统获得更好的性能,很多研究者将非线性、双稳态、二自由度等特性引入到能量捕获器的研究中。本论文将质量—非线性弹簧—阻尼系统与传统的双稳态电磁式能量捕获系统相结合,首次提出了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器,使系统同时实现双稳态、非线性以及二自由度。  本文利用数值仿真法分析了系统的响应特性以及各参数对系统响应特性的影响规律,利用解析法研究系统产生混沌运动的条件、分析影响混沌阈值的因素。对双稳态电磁式发电系统的设计及应用具有重要意义。主要研究工作如下:  建立了附加非线性振子的双稳态电磁式发电系统的集中参数模型,得到了系统的动力学方程,并进行无量纲化,通过数值仿真研究简谐激励下质量比和调频比发生变化时系统的动力学响应,通过与附加线性振子的双稳态系统的对比,获得了上述参数对附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器发生大幅运动的影响规律,结果反映出:在大多数情况下,附加非线性振子的双稳态系统的动力学响应特性都明显优于附加线性振子的双稳态系统。并获得了附加非线性振子的双稳态电磁式振动能量捕获器发生连续大幅混纯运动的最优参数配置。  在白噪声信号激励下建立了系统的动力学方程,并利用Euler差分法数值求解系统的动力学方程。在其余参数相同的条件下,与附加线性振子系统做比较,分析噪声强度、质量比和调频比对系统幅值特性以及电压特性的影响,并进一步分析上述参数的变化对系统捕获的均方根功率值的影响。  利用Melnikov解析法分析系统产生混沌运动的条件,分析影响混沌阈值的因素,深入研究激励频率对混沌阈值的影响,得到最易产生混沌运动的最佳激励频率值。  通过上述工作,较为全面地获得了附加非线性振子的双稳态电磁发电系统的动力学特性,研究结果为双稳态电磁式振动能量捕获系统的相关研究提供理论参考。
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