采用电磁分流阻尼的反作用飞轮隔振方法设计与分析

反作用飞轮是重要的卫星姿态控制执行机构,也是星上最主要的微振动源。针对反作用飞轮转速范围宽的工作特点,本文提出采用六脚隔振装置结合电磁分流阻尼技术的隔振方法。考虑陀螺效应的耦合作用,建立了反作用飞轮与隔振装置的一体化动力学模型。通过理论分析和数值仿真,研究了陀螺效应对系统的模态、固有频率以及隔振性能的影响,并分析了关键参数对系统隔振性能的影响。开展了隔振优化设计,对优化后的隔振性能进行分析,并对隔振装置中的单个隔振单元进行实验验证,验证了电磁分流阻尼和弹簧刚度对隔振性能的影响。

基于遗传算法的电磁分流阻尼参数优化

提出一种基于遗传算法的电磁分流阻尼的最优参数设计,可解决定点理论(H∞优化)不能考虑主系统阻尼进行优化的缺点。首先导出包含主系统阻尼比的位移放大因子无量纲参数的表达式;然后使用PQ定点法推导出主系统阻尼比为0时的最优调谐比、最优阻尼比;再建立考虑主系统阻尼比时基于遗传算法的目标函数以及适应度函数,最后分别求得当主系统阻尼比取不同数值时各自的最优电容以及最优电阻,从而证明基于遗传算法优化的电磁分流阻尼设计对降低主系统振动具有良好效果。

基于负电阻电磁分流阻尼的结构振动控制

提出将负电阻模拟电路接入电磁分流阻尼(Elctromagnetic Shunt Damper,EMSD)的LRC分流电路以中和线圈直流电阻,从而增大电流和控制力,提高振动控制效果。推导将基于LRC分流的EMSD用于控制悬臂梁振动的状态空间模型,数值计算结果表明:加入负电阻能有效提高控制水平;LRC分流电路能控制悬臂梁任意一阶模态的振动;在结构固有频率较小时,EMSD能起到多模态控制效果,并且引入负电阻能在一定程度上使这种多模态控制效果更为显著。

基于极点配置法的电磁分流阻尼优化设计

使用极点配置法解决了机电耦合系数大于等于2时,H2优化以及定点理论不能用于电磁分流阻尼(electromagnetic shunt damper,EMSD)参数优化设计的问题,从而实现结构振动控制。得到了经极点配置法优化的最优调谐比、阻尼比等无量纲参数的解析解。数值计算结果表明:极点配置法能用于解决当机电耦合系数取大数值时,EMSD分流电路的优化设计问题;在时域上,极点配置法对应的衰减系数分别大于基于H∞、H2优化的主导极点决定的衰减系数76.96%、282.47%,从而使得系统暂态分量衰减最快;极点配置法具有良好的鲁棒性。

含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振系统的动力学特性分析

双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator,TQZS VI)可以有效地抑制低频振动以及迅速衰减高频振动,电磁分流阻尼器(Electromagnetic shunt damping,ESD)也被证明是从振动结构收集能量的可行方式。通过集成TQZS VI和ESD,提出了一种能够实现振动控制和能量收集双功能的新型TQZS VI。所提出装置的准零刚度是通过垂直弹簧与两个并联的横向弹簧实现的,电磁分流阻尼作为上下层之间的黏性耗散元件,由连接到外部谐振电阻-电容-电感(Resistance-capacitance-inductance,RCI)串联电路的ESD提供。首先,建立了含电磁分流阻尼双层准零刚度隔振器(Two-stage quasi-zero-stiffness vibration isolator with electromagnetic shunt damping,ESD-TQZS VI)的力学模型和数学模型。然后,采用谐波平衡方法(Harmonic balance method,HBM)和弧长延拓方法求解了ESD-TQZS VI的幅频响应方程。从力传递率和输出功率的角度,分析了系统参数对振动隔离和能量收集性能的影响,发现大阻尼比有利于衰减谐振峰,同时对能量收集影响较小;大分流电阻不利于衰减谐振峰,而且会使得系统隔振频带变窄。最后,揭示了参数优化后ESD-TQZSVI的分岔及吸引子共存特性。结果表明,ESD-TQZS VI能够显著衰减低频振动的谐振峰值,同时实现振动能量收集。