不规则高层结构基于新型电磁惯性质量阻尼器的半主动控制

为了研究新型电磁惯性质量阻尼器(Electromagnetic Inertial Mass Damper,EIMD)应用于偏心高层结构振动控制工程的可行性,鉴于半主动控制技术的优点,基于LQR主动控制算法,提出一种可行的EIMD-偏心高层结构半主动控制策略,同时研究EIMD在结构每层中安装位置不同对于控制偏心高层结构扭转反应的影响。以一个实体24层偏心高层结构作为研究对象验证地震作用下所提控制策略的有效性,仿真结果表明:(1)所提半主动控制策略基本能够达到主动控制对于结构振动反应分量的控制效果;(2)当采用半主动控制策略时,调整EIMD的安装位置对于偏心高层结构转角和转角加速度反应有着较好的控制效果。

基于遗传算法的不规则高层结构新型电磁惯性质量阻尼器优化布置研究

为了解决应用新型电磁惯性质量阻尼器于偏心高层结构控震工程中的优化布置问题,提出一种基于遗传算法的优化配置策略。首先建立地震动作用下新型电磁惯性质量阻尼器(electromagnetic inertial mass dampers,EIMD)偏心高层结构的动力学方程,其次选取合适的适应度函数并基于遗传算法得到EIMD最优配置数量及集成位置信息,最后提出一种可行的半主动控制策略对优化的结构进行控震分析。以一个24层实体不规则高层结构为例,仿真分析结果表明优化配置后的EIMD对结构的控震效果明显优于随机布置。

电磁阻尼器惯性质量对汽车馈能悬架减振性能的影响

为了研究阻尼器惯性质量对汽车馈能悬架系统减振性能及馈能特性的影响,优化电磁阻尼器选型,根据汽车悬架系统动力学方程推出阻尼器惯性质量表达,并引入惯性质量,以悬架系统车身加速度、悬架动行程和车轮动变形量作为系统输出,建立了精确化馈能悬架系统的状态空间模型,通过状态空间模型系统输出的频域传递特性分析了惯性质量等级对悬架系统主要性能的影响。仿真结果表明:随着阻尼器等效惯性质量的增大,悬架系统平均馈能功率降低;虽然低频段主要性能指标的幅频传递特性有小幅改善,但中频段传递特性恶化严重;过高的阻尼器等效惯性质量会引起悬架系统总体性能恶化。通过1/4悬架系统台架实验对仿真结果进行验证,结果表明:在相同激励条件下,电磁阻尼器惯性质量使馈能悬架系统平均能量回收功率产生最高44%的衰减;较高等级的惯性质量导致悬架系统关键性能指标传递特性在中频段产生不同程度的恶化,共振频率发生小幅前移,悬架系统总体性能变差。实验结果验证了仿真结果的正确性。

电磁惯性质量阻尼器对斜拉索的减振性能分析

为了验证电磁惯性质量阻尼器(electromagnetic inertial mass damper, EIMD)对斜拉索自由振动的减振效果,基于D’Alembert原理建立EIMD与斜拉索共同作用的非线性自由振动方程。在误差允许范围内忽略抗弯刚度,拉索自身纵向惯性力和阻尼力,以及外部动态荷载的情况下,研究平面内横向振动、平面外振动的拉索动位移。通过标准伽辽金(Galerkin)法简化振动方程,搭建Simulink动力仿真模型对拉索振动方程进行数值模拟计算,得出斜拉索跨中平面内外位移-时间曲线。通过对比拉索自由振动位移可以得出:安装EIMD后,斜拉索平面内振动位移相较于原索振动降低73.3%,平面外振动位移相较于原索振动降低72.5%。建立并求解斜拉索-EIMD线性自由振动方程,分析拉索垂度对阻尼器控制效果的影响程度。

惯性质量对斜拉索阻尼器减振增效作用试验研究

为提升斜拉索被动黏滞阻尼器的减振效果,开展了阻尼器并联的惯性质量单元对斜拉索减振的增效作用试验研究.首先基于滚珠丝杠位移增效机制、两节点惯质单元"inerter"与电磁阻尼技术集成了惯性质量和阻尼系数均具有可调性的惯性质量电磁阻尼器(EIMD)样机,综合理论分析与力学性能测试建立了EIMD的力学模型;然后建立模型斜拉索-EIMD减振试验平台,通过改变EIMD的惯性飞轮转动惯量和负载电阻阻值,分别测试分析了惯性质量和阻尼参数对斜拉索面内振动前2阶模态附加阻尼比的影响规律;最后对比研究了惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度对斜拉索阻尼器的减振增效作用与机理.结果表明:随着阻尼器惯性质量的增加,斜拉索前2阶附加模态阻尼比均先增加后下降,且第2阶模态最优惯性质量小于第1阶模态;斜拉索第1,2阶模态附加阻尼比最大试验值分别达到了线性黏滞阻尼器理论最优值的2.02,4.46倍;当惯性质量无量纲负刚度系数逼近"-1"时,斜拉索减振效果提升效应最为显著;惯性质量频率相关型负刚度与恒定型负刚度均通过负刚度特性放大阻尼器的位移实现耗能增效,但惯性质量负刚度不会诱发斜拉索减振系统稳定性问题.

惯性质量及其对电磁作动器性能的影响

为使军用车辆悬挂同时具备减振和馈能能力,设计了齿轮齿条式电磁作动器(Electromagnetic Actuator,EA)。基于建立的1/4车悬挂动力学模型,首先,对EA的惯性力进行了理论计算;然后,分别基于有电机、无电机2种状态,对惯性力进行了试验测试和验证;最后,分析了惯性质量对EA阻尼及悬挂幅频特性的影响。结果表明:惯性质量试验值为18.93 kg,与理论值的误差约为13.49%;惯性质量使阻尼产生滞环,低频下对悬挂幅频特性具有一定的改善作用,而高频下则具有恶化作用,同时惯性质量会使共振点提前,应使EA尽量工作于中低频段。

风浪流耦合场下EIMD-斜拉桥的半主动控制方法

为了减少斜拉桥过大的振动响应,本文根据新型电磁惯性质量阻尼器的优点,以双塔双索面钢箱梁斜拉桥模型为算例,提出基于新型电磁惯性质量阻尼器斜拉桥半主动控制方法,并对其进行仿真分析,以主梁跨中节点的动力响应特性为控制目标,验证了文中方法的有效性。研究结果表明:相较于线性二次型调节器的主动控制方法,文中的半主动控制方法的斜拉桥位移控振率为77.3%,加速度控振率为64.3%,控制系统的外部能量需求有所降低,阻尼系数控制在由新型电磁惯性质量阻尼器提供的合理范围内,能实现更优的控制效果。文中方法可为斜拉桥在复杂环境下的系统控制提供理论参考。

风力机叶片平面内振动的准滑模控制

为了减小风力机叶片在过大风荷载作用下平面内振动位移,选取在叶片内安装新型电磁惯性质量阻尼器控制叶片过大振动效应,采用含饱和函数指数趋近律的准滑模控制算法来计算最优控制力,并设计相应的半主动控制策略。采用NREL-5 MW风力发电机组进行建模和数值仿真分析,结果表明:准滑模控制状态下叶尖位移响应较未受控状态下明显减小;半主动控制状态下叶尖位移响应接近于主动控制状态下位移响应;结构参数不确定情况下,准滑模控制算法具有较强的鲁棒性。