磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

针对船舶机械设备低频线谱隔振,提出采用磁悬浮作动器的主被动隔振系统,研究自适应振动控制方法。对磁悬浮作动器用于主被动隔振时的非线性效应进行分析,并采用理论建模及测试修正相结合方式,建立作动器的非线性逆模型,提出具有非线性逆模型补偿环节、分频段控制的改进Fx LMS算法,运算量小、实时性好。多通道磁悬浮主被动隔振装置实验结果表明,该自适应算法能显著减小低频线谱振动能量,可有效抑制作动器非线性引起的振动。

磁悬浮-气囊主被动隔振技术研究及性能测试

针对船舶机械设备的低频线谱隔振,提出了磁悬浮-气囊主被动混合隔振装置,研制了性能优良的主被动混合隔振器;研究了线谱振动的自适应控制算法,该算法计算量小、实时性好;针对磁悬浮作动器的非线性,提出了复杂度低、稳定性好的非线性逆模型补偿算法。建立了磁悬浮-气囊主被动混合隔振装置的实验台架,实验结果表明,本文的主被动混合隔振装置具有良好的宽频隔振效果,并能有效衰减多根低频线谱振动能量,同时未因作动器非线性而引起额外的振动线谱。

主被动隔振法在金刚石刀具研磨压力控制中的应用

主被动隔振能够有效改善系统全频带隔振能力,有助于金刚石刀具研磨过程中稳定控制刀具刃口所受到的研磨压力。在应用主被动隔振法控制刀具研磨压力时,需要根据刀具刃磨机床进给轴的控制能力,合理设计柔性调压平台Z向支承刚度,通过调压平台的支承刚度抑制高频振动,同时还要确保位移控制量的输出频率和调压平台固有频率之间的匹配关系,通过主动控制削弱调压平台的谐振峰,以达到稳定刀具研磨压力的目的。

圆柱壳体内主被动隔振过定控制系统试验研究

本文研究了以圆柱壳体为基础的主被动隔振系统,改进了多通道窄带Fx-Newton算法以适用于误差传感器数目多于作动器数目的过定控制系统,开展了振动线谱控制试验。结果发现:采用误差传感器数目等于作动器数目的控制系统,基座和圆柱壳体的控制效果在某些频率不统一;而采用过定控制系统,能更有效地降低基座和圆柱壳体的振动线谱,提高全局控制效果。

基座刚度对主被动隔振系统控制效果的影响分析

为了研究基于弹性基座的主被动隔振系统的隔振性能,将弹性基座简化为一个大刚度弹簧连接的质量单元,建立主被动隔振系统的三自由度模型和运动方程,推导主通道传递函数和次级通道传递函数的频域表达式。结合Fx LMS自适应控制算法,在Matlab/Simulink中建立该隔振系统模型,对上层机械设备施加含白噪声的多频正弦激励力,进行主动隔振研究。分析基座刚度对主通道、次级通道传递函数的幅频特性,振动线谱控制效果以及主动控制力的影响。结果发现较大的基座刚度有利于提高振动线谱控制效果,也有利于降低主动控制力需求。

基于压电堆与橡胶的主被动一体化隔振器研究

针对临近空间飞行器敏感设备的隔振要求,结合主动振动控制与被动控制方法,提出一种新型压电堆橡胶主被动一体化组合隔振器。对压电堆作动器和橡胶隔振器进行结构设计,建立主被动一体化隔振系统的动力学模型。采用前馈反馈复合控制对二级隔振系统进行主动控制算法设计,基于经典Stewart隔振平台,设计一种新型临近空间飞行器主被动一体化隔振平台。采用Matlab/Simulink联合仿真技术对各种激励信号进行数值仿真分析。仿真结果显示,所设计的隔振器在全频段能够有效隔离源自基础的位移激励,这表明所设计的隔振平台在理论上是有效和可行的,为进一步的实验研究奠定了基础。

旋转机械主被动混合隔振虚拟样机技术及实验研究

提出一种旋转机械主被动混合隔振虚拟样机方法,并通过实验对虚拟样机仿真结果进行验证。首先对柴油发电机组电磁-气囊主被动混合隔振系统进行建模,然后对电磁作动器进行理论分析与实验,得到电磁作动器输出力特性。通过利用多刚体动力学软件ADAMS与MATLAB/SIMULINK联合,搭建柴油发电机组主被动混合隔振虚拟样机系统,对虚拟样机进行了冲击摇摆的计算,并进行控制算法与主被动混合隔振研究,同时搭建了物理样机实验平台并对仿真结果进行实验验证。结果表明:主被动混合隔振虚拟样机所得结果与实验结果相吻合,可以作为主被动混合隔振系统研制的重要依据。

主被动混合隔振的虚拟样机技术

为了能够更准确方便得到主被动混合隔振系统的特性与设计参数,利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行了主动控制仿真研究。首先,对主被动混合隔振平台进行了理论计算与模态分析;然后,通过ADAMS软件创建了混合隔振平台的虚拟样机,并将其导入至MATLAB/SMULINK中搭建了主被动混合隔振系统,通过变步长法对主被动混合隔振系统进行了次级通道辨识,并在此基础上基于多通道Fx-LMS算法进行了主被动混合隔振的效果分析。仿真结果表明:利用虚拟样机技术对主被动混合隔振系统进行主动控制取得了较好的控制效果,为主被动混合隔振物理样机的设计与制造提供了新的思路与方法。

基于特征模型的主被动一体化隔振平台控制分析

在各类飞行器飞行的过程中,飞行器载荷会受到不同频段的外扰影响,出现拍照模糊不清楚等问题,建立主被动一体化隔振平台模型,阐述使用特征模型思想对该平台主动隔振系统进行控制,抑制台面振动。选取超磁致伸缩作动器作为主动控制元件,建立主被动一体化隔振平台模型;根据力跟踪的平台模型设计了基于位移跟踪的平台模型;建立位移跟踪隔振平台的特征模型,并将特征模型估计所得的状态变量和黄金分割控制、逻辑微分控制相结合,对隔振平台的主动隔振控制系统进行控制;通过Simulink仿真验证了控制器的有效性,并与传统的PID控制结果进行对比,证明了该控制器的优越性。

主被动混合隔振中的功率放大器设计及实验

磁悬浮主被动混合隔振能有效控制机械设备的宽频振动和低频线谱振动。功率放大器作为该系统的功率变换装置,其性能直接影响主被动混合隔振效果。通过介绍PWM开关功率放大器的基本原理,分析了设计参数对其性能的影响。针对主被动混合隔振需求,对开关功率放大器进行了参数设计。仿真和实验结果表明:该功率放大器参数设计合理,能满足主被动混合隔振需求。

电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击设计研究

舰船设备的抗冲击性能设计直接关系到其是否能够顺利实现实用化。本文针对电磁-气囊主被动混合隔振系统抗冲击的设计要求,首先对电磁-气囊主被动混合隔振器进行抗冲击悬挂结构设计并通过仿真和试验获得了混合隔振器的位移载荷特性;其次推导了混合隔振系统中限位器的数学模型并建立了主被动混合隔振系统的多刚体动力学模型,研究了主被动混合隔振系统在冲击载荷下,不同限位器参数对冲击响应的影响。结果表明,所设计的隔振器抗冲击悬挂结构和隔振系统的限位器能够很好地满足舰船设备对抗冲击性能的要求。

主被动联合隔振系统中的功率流传递特性

被动和主动隔振各有优势,主被动联合隔振是隔振研究的方向。针对船舰、高层建筑等柔性基础结构的振动隔离问题,以传递到柔性基础的功率流为目标函数,运用子结构导纳综合法推求主被动隔振的功率流传递控制式,对结构进行优化设计。探讨了两种主被动联合隔振的控制策略,最后通过模拟系统的数值例子得出了几个结论。

压电双杆隔振平台的振动建模和控制仿真

针对微振动控制提出一种主被动混合隔振平台,主被动混合隔振平台主要由梁、杆、刚体质量和弹簧等构成,采用机械导纳和子结构弹性连接综合法进行主被动隔振平台的动力学建模,分别获得干扰力和主动控制力到受控端目标点的频响函数,并和有限元法的计算结果进行对比,验证动力学模型。通过有限元方法,计算得到主被动混合隔振平台的固有频率和振型。在此基础上,采用滤波自适应算法Fx-LMS,分别控制由干扰力引起的平台平动、转动以及平动和转动的耦合。建模分析揭示了主被动隔振平台的振动传递机理与规律,控制仿真表明压电双杆隔振平台具有良好的隔振性能。

主动控制技术在船舶振动噪声控制中的应用

低频线谱噪声是船舶的“声指纹”特征,影响船舶的隐蔽性,而主动控制技术是抑制船舶低频线谱振动噪声的重要方法。为此,首先简要介绍了船舶低频线谱噪声的主要传递路径;然后,从船舶机械主被动隔振技术、船舶管路噪声主动控制技术、船舶推进轴系纵向和横向振动控制技术等方面,综述了近年来船舶振动与噪声主动控制技术的国内外研究进展和应用情况,梳理了技术应用的难点,对技术发展趋势进行了展望。

仿生抗冲击Stewart隔振平台的动力学与控制

空间非合作目标柔顺抓捕过程中伴随有碰撞、强冲击等问题,因此必须设计具有高效隔振性能的隔振系统。设计了基于仿生抗冲击结构的Stewart隔振平台,通过隔振平台的仿生抗冲击特性实现抓捕过程中服务航天器的隔振保护。隔振平台的理论动力学建模以拉格朗日动力学方程为基础,借助ADAMS软件验证了理论建模的正确性。仿真对比发现,设计的隔振平台的被动隔振性能优于基于线性弹簧阻尼隔振器的Stewart隔振平台。进一步研究了隔振平台参数对隔振性能的影响。采用反馈线性化的控制方法对隔振平台进行主动隔振控制,克服了被动隔振的速度漂移问题。研究表明设计的新型隔振平台具有优良的隔振性能,为非合作目标柔顺抓捕中的隔振系统选择提供了有效参考。

基于奇异并联机构的六维混合宽频隔振

基于奇异并联机构提出一种具有近零刚度特性的六维隔振主体机构,以大幅降低系统固有频率,然后利用反馈线性化、H∞鲁棒控制方法研究了位形保持及主动隔振算法,最后进行了六维主、被动隔振仿真,结果表明采用该控制方法能够以较小的驱动力、较高的鲁棒性实现位形保持及低频主动隔振,而保持在奇异位形附近的系统也具有更高的低频被动隔振能力,进而提高了六维宽频隔振的效能。该成果可为六维宽频隔振问题的研究提供参考。

微振动隔振技术及应用

目前,科学仪器和设备不断朝着高精尖方向发展,无论是用于加工的设备还是用于检测的仪器,它们对客观环境的要求都越来越高,其中对微振动的控制的要求达到了前所未有的高度。国内外对微振动控制技术进行了大量研究,提出了许多控制理论和控制方法。发展较早的是被动振动控制技术,其一般包括减振、隔振和吸振等,在航空航天和精密测量等领域均有广泛应用。主动振动控制技术经常用于对低频微振动进行控制。近年来主被动联合振动控制技术在航空航天领域得到了应用,并取得较好效果。同时,人们对半主动振动控制技术进行了深入研究,不断完善控制理论和控制方法,在一些领域也得到了较好应用。

主动控制用大输出力电磁作动器优化设计

采用将电磁作动器集成至气囊隔振器内部的方式能够很好地实现宽频隔振与线谱控制,但由于气囊内的空间有限,作动器在有限的空间内其体积要尽可能小的同时,还要输出足够大的主动控制力,这对主动控制用大输出力电磁作动器的优化设计提出了更高的要求。建立了电磁作动器的理论模型与漏磁模型;采用ANSYS有限元软件中的优化模块对电磁作动器进行了优化设计,并获得了符合结构尺寸与主动控制输出力要求的作动器;分析了电磁作动器的可控输出力与最大磁饱和密度随电流变化的关系。仿真结果表明,设计的电磁作动器在满足空间尺寸的前提下,通入6A交变电流时其输出的主动控制力能够达到646N,满足设计指标,有助于作动器的研制。

航天器微振动一体化建模与控制研究

为实现航天器载荷的高精高稳控制,研究了航天器微振动一体化集成建模与控制方案。首先,根据航天器典型微振动源构建航天器本体微振动的动力学与控制集成模型,并对其进行姿态控制仿真。然后进一步构建包含载荷-本体隔振界面的航天器微振动集成动力学与控制模型,为比较分析被动控制隔振与主被动控制隔振,分别仿真了对载荷被动隔振以及主被动混合隔振两种方案下的姿态控制。结果证实主被动控制混合隔振可有效提高载荷姿态精度和稳定度2个数量级,实现了航天器载荷的高精度高稳定度控制。

基于多自由度控制的线谱振动传递路径控制方法研究

动力设备线谱振动经基座传递至船体结构,引起的低频声辐射是船舶水下噪声的主要来源之一。针对单向集中力控制通常难以抑制动力设备振动向弹性基础传递且辐射噪声衰减效果有限的问题,提出基于路径控制体多自由度振动控制的振动传递路径控制方法,切断路径功率流传递。根据广义变分原理建立动力设备-可控隔振单元-壳体系统的耦合动力学模型,通过振动功率流分析揭示振动能量多自由度传递机理,明确基于多自由度控制的路径可控性。在此基础上,构建局部多通道耦合控制与全局分散控制相结合的控制策略,通过数值计算与实验验证基于多自由度控制的振动传递路径控制效果。结果显示,相比于单向集中力控制,基于多自由度控制的方法可有效阻止功率流传递,实现更加显著的壳体振动衰减。