Research on the Damping Mechanism of Time-Delay Coupled Negative Stiffness Dynamic Absorber in Nonlinear Vibration Damping System

A study was conducted on the effect of time delay and structural parameters on the vibration reduction of a time delayed coupled negative stiffness dynamic absorber in nonlinear vibration reduction systems. Taking dynamic absorbers with different structural and control parameters as examples, the effects of third-order nonlinear coefficients, time-delay control parameters, and negative stiffness coefficients on reducing the replication of the main system were discussed. The nonlinear dynamic absorber has a very good vibration reduction effect at the resonance point of the main system and a nearby area, and when 1 increases to a certain level, the stable region of the system continues to increase. The amplitude curve of the main system of a nonlinear dynamic absorber will generate Hop bifurcation and saddle node bifurcation in the region far from the resonance point, resulting in almost periodic motion and jumping phenomena in the system. For nonlinear dynamic absorbers with determined structural parameters, time-delay feedback control can be adopted to control the amplitude of the main system. For different negative stiffness coefficients, there exists a minimum damping point for the amplitude of the main system under the determined system structural parameters and time-delay feedback control parameters.

Enhanced vibrational resonance in a single neuron with chemical autapse for signal detection

Many animals can detect the multi-frequency signals from their external surroundings.The understanding for underlying mechanism of signal detection can apply the theory of vibrational resonance,in which the moderate high frequency driving can maximize the nonlinear system's response to the low frequency subthreshold signal.In this work,we study the roles of chemical autapse on the vibrational resonance in a single neuron for signal detection.We reveal that the vibrational resonance is strengthened significantly by the inhibitory autapse in the neuron,while it is weakened typically by the excitatory autapse.It is generally believed that the inhibitory synapse has a suppressive effect in neuronal dynamics.However,we find that the detection of the neuron to the low frequency subthreshold signal can be improved greatly by the inhibitory autapse.Our finding indicates that the inhibitory synapse may act constructively on the detection of weak signal in the brain and neuronal system.

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同.针对上述问题,提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法.在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能.最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果.研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减小,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善.

一种半主动负刚度动力吸振器

向振动控制系统中引入负刚度可以有效抑制系统的共振振幅,但是由于负刚度的特性,系统在低频区的响应会被放大。为了改善这一问题,将基于频率识别的控制策略应用到负刚度动力吸振器,通过短时傅里叶变换对外界激励信号进行时频分析以追踪频率随时间的变化情况,从而相应地改变系统的负刚度。在简谐激励和非平稳激励下与已有的模型进行了对比,证明了该模型具有更好的低频减振性能,能够在整个频率域内衰减系统振动。

LQR控制和时滞反馈控制在汽车整车减振中的应用

本文建立了具有动力吸振器的汽车整车模型,分别研究了LQR控制和时滞反馈控制在降低汽车整车垂向振动方面的应用。对于LQR控制,选取了包含车身位移、速度和控制力在内的性能指标,借助matlab求解得到反馈增益矩阵;对于时滞反馈控制,首先采用特征值法分析了系统的稳定性,其次从理论上研究了时滞和反馈增益系数对吸振器减振效果的影响,并进行了数值验证。结果表明,与被动式吸振器相比,在LQR控制下吸振器使车身加速度幅值降低了51.38%,在时滞反馈控制下,当g=0.25 kg,τ=0.006 s时吸振器使车身加速度幅值降低了65.13%。

分数阶时滞动力吸振器对主系统振动影响

为了研究分数阶时滞动力吸振器对主系统振动的影响,仿照整数阶导数的时滞动力吸振器的设计原理,提出了一种分数阶导数的时滞动力吸振器吸振理论。通过对高哲法的逆向推导,研究分数阶时滞动力吸振器的固有频率与反馈增益关系的确定方法,该方法可以在频率变化的情况下,允许分数阶时滞动力吸振器的固有频率实时跟踪外激励频率而变化。研究发现在保证主系统和动力吸振器稳定的情况下,在一定时滞范围内,通过增加动力吸振器的时滞量可以减小主系统的振动幅值。通过数据仿真分析证明了这种新方法确实可行,吸振器减振效果明显,振动源在加入新型动力吸振器后振动减少了99%左右,几乎将振动完全吸收;在被动型动力吸振器吸振效果降低时,新型的动力吸振器仍然能达到83%的吸振效果。

叠加激励下的时变时滞反馈减振控制

时滞动力吸振器是一种将时滞反馈力作为主动控制力的主动吸振器。当系统受单个激励力作用时,时滞动力吸振器能够对系统的振动响应起到很好的控制效果,但当多个频率不同的激励力同时作用时,时滞动力吸振器的控制效果并不明显。针对上述问题,文中提出了"等效频率"概念和时变时滞反馈控制方法。通过计算激励力的等效频率,据此对时滞反馈控制力进行实时调整,使时滞动力吸振器可以对多个同时作用的激励作出有效应对,从而有效控制主系统的振动响应。文中首先利用精细积分法,将系统振动微分方程变为精细积分方程形式,以此将连续时间区间上的多个同时作用的激励力变为各个离散时间区间内与叠加激励具有相同作用效果的正弦激励力;然后计算得出离散时间区间内正弦激励力的频率,并根据计算结果调整时滞动力吸振器参数与系统参数,据此计算各时间区间内的时滞反馈控制力;最后,以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的各项振动响应为仿真对象,对主系统振动响应的时域进行仿真研究。研究结果表明,比于定值时滞反馈动力吸振器控制,在时变时滞反馈动力吸振器控制下,主系统振动位移、振动速度与振动加速度分别减少了96.4%、95.9%和97.1%,说明在时变时滞反馈控制下,结构主系统的振动响应得到了有效的控制。

一种含惯容的接地刚度时滞反馈动力吸振器的多目标优化设计

惯容和接地刚度可以通过改变振动系统的固有频率对系统的一部分振动起到抑制作用,在被动控制系统中耦合时滞反馈主动控制是一种相对操作简单且有效的振动主动控制技术。通过对含惯容的接地刚度时滞反馈动力吸振器系统进行多目标优化设计,通过对系统结构参数和控制参数进行优化,实现了对主系统共振峰幅值、反共振峰幅值、反共振频带对称性的有效控制;首先,通过固定点理论得到接地刚度系统的最优结构参数;其次,通过特征根的簇处理(cluster treatment of characteristic roots, CTCR)方法对控制系统进行稳定性分析,得到振动系统稳定的反馈增益系数和时滞控制参数的稳定区域;再次,在满足优化准则的前提下,根据反共振频带的对称性得到最优惯容比;最后,结合最优结构参数和准则,得到满足优化目标的控制参数区域。研究表明,针对任意一个外激励频率,在控制参数区域内存在一对反馈增益系数和时滞的最优参数,能够将主系统的振幅抑制到最小值;幅频响应曲线和时间历程响应曲线的数值模拟结果与解析结果吻合,证明了结果的可靠性;研究结果为时滞主动控制动力吸振器的优化和设计提供了理论依据。