振动控制技术综述

振动控制技术是减少结构振动影响的重要方法,广泛应用于建筑、桥梁、机械等领域,以提升结构的安全性和性能。概述了振动控制的定义、重要性、理论基础,包括基本概念、动力学模型和振动特性分类。深入探讨了被动、主动、半主动控制和智能控制方法及其优缺点,特别分析了阻尼器、隔振器、调谐质量阻尼器(TMD)的设计应用。

Improved Active Vibration Isolation Systems

The control force, feedback gain, and actuator stroke of several active vibration isolation systems were analyzed based on a single-layer active vibration isolation system. The analysis shows that the feedback gain and actuator stroke cannot be selected independently and the active isolation system design must make a compromise between the feedback gain and actuator stroke. The performance of active isolation systems can be improved by the joint vibration reduction using an active vibration isolation system with an adaptive dynamic vibration absorber. The results show that the joint vibration reduction method can successfully avoid the compromise between the feedback gain and actuator stroke. The control force and the object vibration amplitude are also greatly reduced.

足式机器人小腿减振控制研究

研究足式机器人行走过程的稳定性优化控制策略,设计一种基于机器人上身平台振动加速度为反馈的小腿减振控制系统。通过虚拟仿真分析软件——机械系统动力学自动分析构建足式机器人小腿虚拟样机,并导入到Matlab中进行主动减振的自抗扰控制算法设计,根据主动和被动减振分别抑制低频和高频振动。仿真结果表明,主被动联合减振大幅衰减了机器人上身平台的振动,弥补被动减振对低频振动无法抑制的情况,有效提高了机器人行走的稳定性。

动力装备和建筑楼盖的动力吸振研究

为减弱动力装备和建筑楼盖的有害振动,对其被动、主动型动力吸振进行系统研究。引入粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法,对主系统无阻尼和有阻尼被动型动力吸振的参数、采用线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)主动控制中的权矩阵、PID(proportional-integral-derivative,比例-积分-微分)主动控制中的参数kp、ki、kd进行优化设计;在建筑楼盖的振动控制中,基于引入的被动调谐质量阻尼器(passive tuned mass damper,PTMD),在ANSYS有限元环境中,设计了一种采用主动调谐质量阻尼器(active tuned mass damper,ATMD)进行振动控制的方法,结果验证了所提策略的可行性和有效性,为工程结构振动控制的计算和效果预判提供了依据。研究进一步发展了动力装备和建筑楼盖的先进动力吸振技术。

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。

车载多层减振平台的主动控制及仿真

为了研究被动悬架车载主动减振平台的低成本控制策略及其减振效果,针对一种新型长宽比较大的多层减振平台,建立了车辆被动悬架与主动减振平台的一体化全系统动力学分析模型。进而,设计了“线性被动、旋转主动”的平台控制策略,并应用MATLAB及ADAMS软件,在三种典型路面激励下,进行了仿真测试。结果表明:采用垂向线性振动的多层被动减振、旋转振动的低成本主动控制策略,被动悬架车载减振平台的减振效果明显,实现了车载减振平台的高性价比设计。

基于TMD-HMD的海上浮式风力机主被动综合振动控制

在恶劣的海洋环境中,随机风浪载荷使风机平台和塔顶产生较大的振动位移,严重威胁风机结构的安全性。为此提出TMD-HMD主被动综合控制方法对海上浮式风力机进行振动控制,在Spar式浮动风力机平台内放置多个调谐质量阻尼器,构成多重调谐质量阻尼器(Multiple tuned mass damper,MTMD),在机舱内放置一个调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)。首先基于欧拉-拉格朗日能量方程建立了风机系统11自由度空间动力学简化模型,利用Levenberg-Marquardt算法估计平台的刚度和阻尼参数,并通过与美国可再生实验室开发的FAST全耦合模型对比验证了模型的正确性;然后采用Van-Nguyen Dinh的方法优化了TMD的参数;接着在机舱TMD上施加主动控制力形成混合质量阻尼器(Hybrid mass damper,HMD),与平台TMD共同构成TMD-HMD综合振动控制系统,其中主动控制力通过线性二次型控制(Linear quadratic regulator,LQR)获得,LQR中的权重系数Q和R采用穷举法优化;最后在风浪联合载荷下分别研究了TMD被动控制和TMD-HMD主被动综合控制对风机动态响应的抑制效果。结果表明:与单独TMD被动控制相比,TMD-HMD主被动综合控制对风机平台纵摇角和塔顶纵向位移的抑制效果分别提高了约38%和20%,使其振动能量分别减少了72%和40%。