基于修正Winkler模型的有限深度地基支承梁振动抑制

弹性地基对其支承结构的振动通常具有抑制作用,其中的土-结构相互作用效应对结构物动力学特性的影响具有非线性能量汇的典型特征。基于修正Winkler模型将有限深度弹性地基等效为非线性能量汇系统的附加质量,开展了简谐激励下弹性地基对其支承有限长梁的振动抑制效果分析和参数优化研究。采用Galerkin方法离散控制方程,应用增量谐波平衡法和弧长延拓法分析了弹性地基上简支梁的非线性动力响应。利用数值方法验证理论结果正确性,进而通过参数分析和多参数优化,揭示了有限范围地基对其支承梁动力响应的抑制效果,探明了弹性地基非线性刚度和阻尼的最佳参数范围。结果表明,通过工程技术手段将土体参数调整到最佳范围后,可实现有限长梁振幅衰减率达96%以上,且具有较宽的减振频带。

主动磁轴承系统建模与准谐振自抗扰振动抑制

为了建立更准确的磁轴承数学模型,优化其控制性能,对磁轴承的电磁力非线性特性和系统固有干扰源进行了分析,通过转子动力学分析建立了含干扰源的主动磁轴承径向耦合系统模型。为抑制系统的振动,提出了一种磁轴承准谐振自抗扰振动抑制方法。通过扩张状态观测器实现系统解耦,简化控制流程,提升系统抗干扰能力;在此基础上,并入准谐振控制器对正弦周期性振动进行抑制。与传统方法相比,该方法控制结构简单,所需整定参数较少。仿真与试验结果表明,所提方法可以有效降低转子位移振动幅值,系统内常见的1、3、5倍频周期性振动得到显著抑制,具有良好的振动抑制效果。

基于改进粒子群算法的机械臂振动抑制研究

SCARA机械臂在工作过程中和工作终止后都会出现振动问题,为了降低机械臂的残余振动,选取粒子群作为寻最优抑振轨迹的优化算法,针对粒子群算法在轨迹寻优时收敛性差以及出现停滞现象问题,提出采用非线性递减惯性权重和粒子种群跳跃的方法对粒子群算法进行改进。利用机械臂振动抑制实验平台,使用改进的粒子群算法进行抑振轨迹优化并进行实验研究,验证结果可行且有效,得到抑振指标最小的最优抑振轨迹。

液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制算法研究

针对液压挖掘机工作时特定单一模态的振动处理存在能耗高、适应性差等问题,提出液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制算法。明确液压挖掘机履带底盘的外部激励,完成液压挖掘机履带底盘的多模态因素分析。在此基础上,利用分离变量法研究各个激励源对振动响应的影响,了解各个模态的振动特性。结合履带底盘自由振动的固有频率与模态振型,得到履带底盘在不同模态下的自然振动特性和振动形态,提供优化振动控制策略的依据。根据液压挖掘机履带底盘的特性设计与等效原则,采用多模态振动抑制算法,实现液压挖掘机履带底盘多模态振动抑制。实验结果表明,所提算法可以有效抑制履带底盘多模态振动,且抑制后的俯仰角曲线波动浮动趋于0,能够保证液压挖掘机的平稳运行。

弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法

针对弱刚性航天器舱体壁板多任务并行加工的振动抑制需求,研究了弱刚性构件在切削激励作用下的振动产生、传播与耦合机理,提出了基于双加工激励相位差控制的弱刚性构件双机器人协同加工振动抑制方法,并以薄壁舱体壁板为对象进行了仿真与试验研究。结果表明,该方法能够有效实现振动抑制,验证了其正确性与有效性,为多机器人协同原位加工的复杂振动抑制难题提供了一种新思路。

可见红外一体化敏捷小卫星微振动抑制方法

随着光学遥感小卫星高分辨率、高集成度、高敏捷等需求提升,部分卫星同时配置可见红外一体化相机与控制力矩陀螺(control moment gyroscope,CMG),兼顾轻小型化与全天时、多目标、多模式成像要求。针对此类卫星存在CMG、红外相机制冷机等多个扰振源,且对于相机成像质量影响大、抑制难等挑战,对基于上述扰振源的微振动综合抑制方法进行了研究,包括设计、安装CMG隔振器、将红外相机制冷机压缩机与相机光机主体隔振安装,设计、安装阻尼桁架实现相机主体与卫星平台舱结构之间的隔振等。通过综合应用上述扰源减振、终端隔离等措施,经分析计算与整星微振动及在轨实际测试与验证,能够有效降低微振动对图像质量的影响,即使对于可见红外一体化相机,分辨率为亚米级的可见光通道在轨动态调制传递函数(modulation transfer function,MTF)也能够达到0.1,微振动对可见相机MTF的影响因子可控制到0.991。

基于环状螺旋声学黑洞的管道结构振动抑制研究

传统的附加式声学黑洞(ABH)结构主要针对板状结构的振动抑制进行设计,对于工程中广泛存在的管道结构难以适用。为解决管道结构的振动抑制问题,提出了一种能够应用在管道结构上的附加式ABH装置“环状螺旋式ABH减振器(CSABH)”。通过将ABH区域设计成螺线形式,增加了减振器的模态密度,使其与主结构更好地耦合。以铝管为基准结构,利用有限元方法探究了CSABH的动力学特性,进行了时域波聚集分析与频域响应分析。结果表明,CSABH具有良好的波聚集特性,能实现对管道20~5000 Hz的振动抑制,且当管道的约束条件和温度条件发生改变时,相同参数的CSABH仍然能够发挥良好的宽频减振效果,展现了减振的鲁棒性。通过实验验证了CSABH在管道结构的振动控制中具有宽频、高效和鲁棒性高的特点。

串联齿轮泵变相位角脉动特性及振动抑制试验研究

针对大流量串联泵存在的压力脉动与振动冲击问题,提出串联外啮合齿轮泵变相位角的减振降噪方法,推导出串联外啮合齿轮泵的瞬时流量及脉动不均匀系数的数学方程,理论分析串联外啮合齿轮泵不同相位角的瞬时流量脉动,分析变相位角时脉动不均匀系数的变化规律,并推导流量脉动与压力脉动的关系。针对实际相位差为0°和20°的串联泵,在串联泵出口处设置了双节流阀的负载来获得不同工况的压力脉动。推导出的压力脉动与试验值吻合,压力脉动是由一系列i次谐波组成的,频率与流量脉动相同,但振幅和相位与流量脉动不同。且试验测得20°相位角串联泵的压力脉动率比0°的降低了34.05%,20°相位角串联泵可以降低0°相位角时大部分频率下的振动幅值。串联泵变相位角可以降低流体脉动导致的振动幅值,且变相位角并未对串联泵的出口流量带来影响。

磁悬浮分子泵转子振动抑制研究

磁悬浮分子泵具有工作转速高、转子极转动惯量大等特点,针对磁悬浮分子泵转子在升速过程中出现的弯曲模态振动以及涡动模态振动,提出了一种基于滤波交叉反馈与陷波器的大转动惯量磁悬浮转子控制方法。建立磁悬浮轴承-大转动惯量刚性转子系统数学模型,求解得出转子涡动模态频率,根据该模型分析了滤波交叉反馈控制器对涡动模态振动的抑制效果,并且设计了陷波器用于抑制不同转速下的转子弯曲模态振动。试验结果表明,磁悬浮分子泵稳定升速至工作转速18000 r/min,转子振动位移为35μm,弯曲模态振动以及涡动模态振动得到了有效抑制。

可调频超结构充液管道的振动抑制

提出了一种附加可调频局域共振单元的超结构充液管道,通过调整局域共振单元的质量块在弹簧片上的安装位置,实现局域共振单元固有频率的可调性,进而实现充液管道在多个频率下的振动抑制。首先建立了附加可调频局域共振单元的超结构充液管道的结构动力学模型,采用伽辽金法推导了超结构充液管道的运动方程,然后利用模态分析方法建立了多频带隙的解析表达式。建立了相应的有限元模型,对其多频减振特性进行数值仿真,并开展了相应的验证试验。计算和试验结果验证了所提出的超结构充液管道存在多个带隙,在带隙范围内充液管道的弯曲振动被显著抑制。研究工作表明,使用可调频局域共振单元能够有效抑制充液管道多个频率下的振动,为其在多目标频段下充液管道的减振应用提供参考。

柔顺宏微操作系统动力学建模及振动抑制研究

针对高速大范围宏运动时柔顺微操作器的微纳振动问题,建立系统动力学模型并设计改进离散滑模控制策略对微观弹性振动进行抑制。首先以气浮宏动平台和压电纤维微操作器构成的宏微操作系统为对象,结合假设模态法、拉格朗日方程和非对称迟滞模型,建立系统综合机电动力学模型。然后,在所建模型基础上设计变速趋近律调节切换增益,从而实现非线性离散滑模控制。最终搭建宏微操作系统测控平台,并进行轨迹跟踪和振动抑制试验。在轨迹跟踪时,对于不同频率的正弦参考轨迹,所设计的控制策略均能精确跟踪给定信号且误差较小;在振动抑制时,当宏动平台沿梯形与S轨迹运动时,微操作器残余振动稳定时间比改进前分别减少26.1%和50.0%,比无控制时分别缩短53.6%和53.3%。验证了动力学模型与离散滑模控制的有效性,提高了系统控制精度与效率。

基于部分模型辅助LADRC的电磁轴承-飞轮转子系统振动抑制

针对电磁轴承支承的飞轮转子系统振动抑制问题,提出了一种部分模型辅助线性自抗扰控制方法,建立考虑陀螺效应和不平衡力的刚性飞轮转子系统径向四自由度二阶数学模型,将各自由度二阶模型中的本自由度项作为已知信息辅助线性扩张状态观测器的设计,其他自由度项和不平衡力作为外界扰动,并设计线性状态误差反馈控制律对总扰动进行实时补偿。仿真结果表明,所提方法能以更低的观测器带宽达到与线性自抗扰控制相同的控制性能,并实现飞轮转子径向4个自由度之间的有效解耦,比分散PID控制具有更好的动态性能和抗干扰能力,可实现转子全转速范围内振动的有效抑制。

卧式五轴数控机床电主轴的动态特性分析及振动抑制优化

针对某卧式五轴数控加工中心电主轴动态特性较差、测试过程中振动量大的问题,对其建立动力学模型,利用Ansys Workbench对其进行模态分析,解得固有频率及模态振型。基于仿真结果及电主轴结构原理,诊断为电主轴后端悬伸量较大,外部连接法兰与主轴后轴承盖及冷却水套间隙量较大,导致机床固有频率低,动态特性差。针对上述原因对电主轴后端悬伸部增加辅助支撑优化设计,进行模态仿真分析,通过优化前后固有频率及临界转速数据对比验证其可行性。将优化设计应用于实际,并对电主轴进行振动测试,试验表明:电主轴振动量大幅减小,优化设计合理。研究结果为卧式五轴数控机床电主轴系统动态特性的改善,提供了优化思路和设计方法。

基于负刚度惯容型非线性能量汇的整星振动抑制

本文将负刚度元件集成到惯容型非线性能量汇中构成负刚度惯容型非线性能量汇,并将此装置应用到整星结构,讨论其减振效果.基于最大幅值减振百分比展示了负刚度惯容型非线性能量汇的减振性能,并通过对比讨论了负刚度元件对惯容型非线性能量汇减振性能的影响.最后讨论了负刚度惯容型非线性能量汇的参数影响及其优化.研究结果表明,作用于整星系统中的新型负刚度惯容型非线性能量汇具有很好的减振性能.

基础摆动条件下电磁轴承-柔性转子系统的加速度前馈振动抑制

旋转机械基础的摆动会给转子系统带来附加的陀螺力矩和惯性载荷,影响转子系统的振动及稳定性,甚至影响转子的正常运行。为了有效控制电磁轴承‐柔性转子系统在基础摆动下的振动,提出了一种基于基础加速度的前馈补偿控制方法。该方法基于柔性转子系统动力学模型以及基础摆动的信息,可直接得到抑制转子振动所需的最佳补偿电流,无需迭代和复杂的控制器结构,因此具有较强的快速性和实用性。为了消除建模误差对前馈补偿控制性能的影响,给出了对补偿电流进行修正的方法。仿真分析了补偿算法对转子振动的抑制效果。在搭建的电磁轴承‐柔性转子系统基础运动试验平台上,进行了基础摆动条件下转子悬浮、恒速、加速运行时的振动控制有效性试验。理论和试验结果一致,表明基础摆动产生的附加惯性载荷会使电磁轴承‐柔性转子系统在垂直于摆动方向上的振动明显增大,产生的附加陀螺力矩会使沿摆动方向的振动有所增大,且增加的幅度随转子转速的升高而增大。在包含一阶弯曲临界转速的转速范围内,基础加速度前馈补偿控制对基础摆动条件下的转子振动均有显著的抑制效果。

负载口独立控制系统非线性滤波振动抑制方法

针对负载口独立控制系统在作业过程中时常因控制信号突变而造成执行器速度振荡及液压缸两腔压力波动,从而导致操作舒适性和机器可靠性降低甚至引发安全事故的问题,首先,分析了负载口独立控制系统压力流量复合控制策略以及传统阻尼补偿方法抑振的局限性,阐明了引发速度振荡与压力波动的原因;然后,基于该控制系统,提出了采用非线性滤波器修改突变控制信号的抑振方法,并给出了非线性滤波器的边界选取原则;最后,设计了负载口独立控制系统的进出口阀控制器,通过修改参考流量信号,降低了不同突变信号对执行器速度带来的影响。基于20 t挖掘机负载口独立控制系统开展数值仿真,结果表明:相较于传统阻尼补偿方法,采用所提方法能够有效降低阶跃、斜坡信号引起的执行器速度振荡与压力波动,且在动臂液压缸全伸、全缩典型工况下压力波动较小,并使速度振荡降低了32.5%~64.7%,从而有效改善了系统的动态特性。

考虑基座振动抑制的双空间机械臂协同阻抗控制

针对柔性基座双空间机械臂紧耦合协同过程中面临的对物体内/外力的柔顺响应、基座的振动抑制以及双臂避碰等问题,提出了一种反作用最优协同阻抗控制方法。首先建立了柔性基座双空间机械臂的紧耦合系统模型。然后,利用物体级阻抗控制器和末端执行器级阻抗控制器分别实现了双空间机械臂对物体所受外力和内力的柔顺响应。然后,利用基座能量衰减最优控制和人工势场法得到了双空间机械臂的最优零空间自运动向量,通过双冗余空间机械臂的零空间自运动同时实现了基座振动抑制和双臂间的避碰。最后,在动力学仿真软件中验证了协同阻抗控制方法在解决物体内/外力柔顺响应、基座振动抑制、双臂避碰问题上的有效性。

电机无级调节的振动抑制自动平衡测控系统

针对旋转机械转子系统在实际运转中不停机的情况下振动值超标的问题,提出了一种机电式自动平衡综合测控系统,可对转子系统的振动进行主动精稳靶向抑制。首先,自主设计自动平衡执行器并开发了机电式自动平衡执行器无错调驱动控制算法,该算法通过可编程逻辑控制器(programmable logic controller,简称PLC)编程实现;其次,通过安装于转子轴端的自动平衡执行机构,结合上位机程序测控系统,能够在设备运行过程中实时监测转子不平衡振动并进行主动自动平衡,具备更大的配重占比和更优的电磁兼容性,可实现配重的无级调节;最后,对算法进行了仿真及现场不同转速下的自动平衡测试验证。结果表明,机电式自动平衡执行器降振仿真能达到很好的平衡效果,现场试验不同转速下均具备90%以上的降振能力,具有重要的应用价值。

采用模糊补偿滑模控制器的空间柔性机械臂振动抑制方法

空间柔性机械臂可以安装于空间站协助宇航员开展在轨维修、航天器交会对接和太空垃圾捕获等任务。空间柔性机械臂因其细长的结构在运动过程中会出现振动现象,进而影响操作精度和飞行安全。为了减弱空间柔性机械臂的振动,采用模糊补偿滑模控制策略对空间柔性机械臂的旋转运动进行控制。通过提高空间柔性机械臂的转动控制精度间接地减弱振动。首先根据假设模态法描述空间柔性机械臂的变形,使用拉格朗日原理建立了考虑了二维变形的模态和转角耦合的动力学方程。然后,利用模糊规则的万能逼近特性辨识、补偿包括柔性非线性项和外界干扰的动力学模型的不确定成分。接下来,根据李雅普诺夫函数设计模糊补偿滑模控制策略的控制律和自适应律以保证空间柔性机械臂的闭环稳定性。最后,开展了空间柔性机械臂的仿真和物理样机控制试验。试验结果表明,模糊补偿滑模控制策略可以有效地提高空间柔性机械臂的转动控制精度,间接地减弱振动幅值。与传统的滑模控制策略相比,提出的控制策略可以使转角跟踪误差绝对值的平均值下降17.86%,使横向加速度的标准差下降31.91%。

变负载下柔性系统的改进THEI输入整形器振动抑制

针对高精度运动平台中柔性系统负载改变而导致的固有频率和阻尼比双参数共同变化下输入整形器不敏感性优化问题,提出一种改进双股峰EI(two-hump extra-insensitive,THEI)输入整形器的设计方法,实现在相同滞后时间的前提下改善THEI输入整形器的不敏感性。该改进THEI整形器在正向设计传统THEI输入整形器的基础上,加入对双参数不敏感性的反向优化。首先,利用三维灵敏度曲线推导了用于量化THEI输入整形器双参数不敏感性的评价指标。其次,建立了以幅值调节因子为设计变量的优化脉冲约束下THEI输入整形器双参数不敏感性优化模型;基于蚁群优化(ant colony optimization,ACO)算法求解设计变量,并更新改进THEI输入整形器的脉冲幅值,实现不敏感性最优。最后,数值仿真和试验结果共同验证了所提方法的有效性。