基于压电元件的主动弹性隔振系统理论与试验

基于力作动器的传统主动隔振理论已得到广泛研究和较多应用,但要求较高的作动器功率,因此限制了较小功率的压电元件在主动隔振上的应用。将压电元件粘贴于一定形状的弹性元件上,构造成主动弹性隔振器件,使其具有传统被动弹性隔振器与主动隔振器两者的优点。通过综合考虑隔振系统的性能指标与主动弹性隔振器的自身能力,建立主动弹性隔振系统的理论模型,推导并分析反馈控制、前馈控制在主动弹性隔振系统中的应用框架。试验研究基于压电元件的Z形主动弹性隔振系统,通过采用粘贴其上的压电元件作为隔振器的作动器与检测隔振器内部性能的传感元件,用加速度信号作为隔振系统性能指标信号,分别采用前馈与反馈控制算法有效地实现了振动源的隔离。     

基于压电作动器的主动隔振系统

基于压电陶瓷的本构方程,建立了主动隔振系统的模型,分析了各参数对受控对象的影响,利用MATLAB语言确定了控制器的参数,并对控制前、后的隔振效果进行了比对.结果显示,该主动隔振系统对低频信号具有良好的隔振效果.     

双层精密隔振平台的最优控制研究

将主动隔振技术应用到双层精密隔振系统中,设计双层主动隔振系统,建立其动力学方程和状态方程。根据精密制造和精密仪器的隔振需求,提出控制目标,建立系统的线性二次型调节器(linear quadratic regulator,LQR)最优控制模型,利用Matlab/Simulink软件进行仿真分析,在不同激励下研究主被动系统隔振对象的加速度响应大小。仿真结果表明:双层主动隔振系统的隔振效果远远优于被动隔振系统。     

微振动模拟与主被动隔振一体化实验平台

针对遥感卫星地面微振动实验的复杂要求,设计了一种同时具备微振动模拟与主被动隔振功能的一体化微振动实验平台,并对该平台的主、被动隔振性能以及微振动模拟效果分别进行了仿真分析和实验测试。其中,被动隔振由气浮支撑实现,主动隔振采用主动阻尼方法抑制共振峰,微振动模拟采用基于线性系统频响函数的控制策略。实验结果表明,平台前六阶的模态频率分布均小于10 Hz,被动隔振系统能大幅抑制10～200 Hz频段内的地面微振动;主动隔振能够实现14 dB的隔振系统共振峰衰减效果。微振动模拟功能能够有效产生接近星上的单频和多频真实扰动线谱,在特定频谱的扰动模拟实验中,幅值最大误差为5.9%,在误差允许范围内。该多功能一体化实验平台的各项功能均能满足地面模拟实验需求。     

平置板式主动浮筏系统的隔振研究

建立了浮筏系统的主被动联合控制模型,推导了多机组、多扰动源的平置板式复杂浮筏隔振系统的各个子系统的导纳矩阵表达式,实现了浮筏隔振系统的主动控制和被动控制的统一数学描述。阐释了机器控制、浮筏控制和全控制等各种控制形式的概念,研究了最小功率流控制策略下不同控制形式的主动浮筏隔振系统的功率流传递特性,并给出了主动浮筏系统隔振设计的基本准则。     

基于精英策略遗传算法的主动隔振系统集成优化设计

针对传统主动隔振系统先设计结构参数后设计控制器的方法很难达到全局最优这一问题,本文提出一种采用精英策略遗传算法对结构参数和控制参数进行集成优化的方法。该方法将主动隔振系统机械结构及LQG控制器的设计结合起来,以隔振平台加速度,隔振系统动挠度和底座动位移三者总加权均方根为性能指标,对主动隔振系统进行集成优化。通过理论分析与仿真结果表明此方法能有效提高主动隔振系统的隔振效果。     

3-SPR并联机构的隔振性能分析验证

对航天器或者雷达天线进行隔振是减少其受到振动载荷的有效方法.采用一种基于3-SPR并联机构的稳定平台进行主动隔振.建立上平台坐标系、下平台坐标系、全局坐标系,分析推导3个坐标系的姿态变换矩阵,将3-SPR并联机构作为稳定平台进行运动学和静力学特性分析,建立包含下平台和上平台同时运动的运动学公式及其静力平衡方程和静力传递...     

双层主动隔振系统的动力学研究

研究了在消极隔振情况下，双层主动隔振系统在其主动隔振执行器的3种不同安装方式的动力学特性，分析了主动控制力与被动隔振器参数之间的关系。研究结果表明，对于双层主动隔振系统，隔离中低频振动时，主动隔振执行器安装于中间质量与基础之间的隔振性能最好，安装于隔振对象与中间质量之间的隔振性能最差；隔离高频振动时，主动隔振执行器安装于隔振对象与中间质量之间或仅作用于隔振对象时的隔振性能均较好，但主动隔振执行器安装于中间质量与基础之间所需的主动隔振控制力也不大。     

双层隔振系统主动控制的建模与仿真

针对双层隔振系统多自由度耦合振动的特性,采用隔振对象与中间质量的相对位移作为检测量,提出了一种双层隔振主动控制系统模型,并在M atlab/S imu link中建立相应功能模块,完成了双层隔振主动控制系统的仿真分析。仿真结果表明:该模型可有效实施振动控制。     

电磁力主动隔振平台LQG控制的研究

本文通过动力学分析,建立了电磁力主动隔振平台的模型.用LQG控制法进行实验与仿真,表明系统具有较好的控制效果.     

以压电陶瓷为作动器的主动隔振研究

本文讨论了压电陶瓷作动器的性能和基于共振情况下的柔性结构的高频窄带主动隔振技术。由压电陶瓷作为作动器，激振器作为干扰源，铝制悬臂梁作为结构组成了系统装置。由力传感器将结构的信号经补偿器补偿后作用于作动器组成了闭环主动隔振系统，最后给出了经典的二阶补偿下的闭环隔振实验结果。     

PASSIVE-ACTIVE CONTROL OF POWER FLOW IN AN ISOLATION SYSTEM MOUNTED ON FLEXIBLE FOUNDATIONS

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主动隔振与动力吸振器的联合减振研究

针对单层主动隔振系统，研究主动隔振对隔振对象振幅的影响。发现存在临界频率，对于临界频率以下的激励，主动隔振会加剧隔振对象的振动。临界频率是阻尼的函数，选择合适的阻尼可使临界频率尽量小，但存在下限。引入动力吸振器能有效降低隔振对象低频响应的振幅，分析表明，对于舰船的低频噪声，主动隔振与动力吸振器联合减振是一种有效的综合治理方法。     

可控挤压油膜阻尼器支承的传递矩阵解法

采用挤压油膜阻尼器支承 ,利用传递矩阵法 ,计算分析了柔性转子的不平衡响应 ,建立了关于响应的目标函数 ,对可控挤压油膜阻尼器支承减振的有效性进行了探讨 ,为设计挤压油膜阻尼器支承提供了理论参考。     

PASSIVE-ACTIVE CONTROL OF A FLEXIBLE ISOLATI0N SYSTEM

Passive-active control of a flexible isolation system is investigated from the viewpoint ofpower flow. Dynamic transfer equations of the system are deduced based on a matrix method whichuses mobility or impedance representations of three substrictures: the source of vibration, the receiverand the mounting system which connects the source to the receiver The cancellation of axial inputforces to the receiver is considered as the active control strategy and its effects are discussed. Theresults of the study show that the strategy adopted herein can effectively reduce the power transmittedto the receiver.     

A voice coil actuator driven active vibration isolation system with the consideration of flexible modes

We develop a four-mount active vibration isolation system (AVIS) using voice coil actuators. The flexible body modes in the upper plate of the AVIS can cause an instability problem due to control signal whose frequency is close to the resonant frequency of the flexible modes. The loop shaping technique is applied to reduce the amplitude of the control signal. We investigate the performances of the active vibration isolation system proposed in the word in the time domain and frequency domain by comparing to the passive isolation system.     

Robust observer-based OMF vibration control of flexible linkage mechanisms using piezoelectric films

Based on the state-space model of the flexible linkage mechanism equipped with piezoelectric films, a robust control methodology for actively suppressing the elastodynamic responses of the high-speed flexible linkage mechanism with linear structured time-varying parameter perturbations by employing an observer-based optimal model-following (OMF) controller is presented. The advantage of the proposed robust observer-based OMF control methodology is that it not only can avoid the problem of how to choose the appropriate weighting matrices in the quadratic cost function of the linear-quadratic/linear-quadratic-Gaussian (LQ/LQG) control method but also can make the controlled closed-loop system to have the specified system response characteristics. Besides, in order to guarantee that the designed observer-based OMF controller can make the controlled flexible linkage mechanism system to avoid the possibilities of both spillover-induced instability and time-varying-parameter-perturbation-induced instability, a robust stability criterion is also presented in this paper. The control method, presented in this paper, can not only make the controlled closed-loop system to have the specified system response characteristics, but also guarantee the controlled closed-loop system to have robust stability properties by using the proposed robust stability criterion; while those control methods reported recently do not have these above-mentioned merits. Finally, an active robust vibration control problem of a slider-crank mechanism is provided for illustrating the applicability of the proposed method.     

星上控制力矩陀螺群隔振平台的应用研究

控制力矩陀螺群(Control moment gyroscopes, CMGs)作为姿态控制执行机构被广泛应用,但是自身的高频振动特性直接影响星体的姿态精度和稳定度。为能有效地提高星体的姿态精度和稳定度,通过使用六自由度隔振平台处理CMGs产生的高频振动,并对隔振平台的应用进行多任务要求下的协调性研究。建立含有隔振系统和挠性帆板的整星动力学模型,通过对模型的合理简化,得出隔振平台的传递函数特性;分析其和姿态控制系统以及挠性部件相互之间的影响,并得到隔振平台参数设计的约束指标;根据约束指标对隔振平台重要参数进行理论上的设计,并通过数值仿真验证所设计参数的合理性;将所设计的隔振平台运用到整星中,对整星姿态精度和稳定度进行预测,以分析加入隔振平台后,对整星姿态控制精度和稳定度的影响。     

Nonstationary random analysis of structures with hybrid mass damper system

The building structure is modeled as a linear single-degree-of-freedom system, and an active mass damper (AMD) is also adopted as the control device in order to reduce the structural response due to the external random load. In addition, suppose that the input acceleration of earthquake can be modeled as the product of nonstationary envelope function and narrow-band stationary random process with Kanai-Tajimi spectrum. In order to obtain the nonstationary stochastic response of control system due to the narrow-band nonstationary random process, in consideration of exchanging the active control mode for the passive one, considerable efforts are generally required in the analytical formulation. This paper, therefore, proposes an analytical technique to acquire the response covariance matrix by utilizing the state transition matrix method in state space. The proposed technique is evaluated by comparing the analytical results with those from numerical simulations.     

柔性自适应桁架结构的振动控制方法实验研究

为提高结构对外部环境的抗干扰能力,构造了空间柔性自适应桁架结构,并对其主动控制进行了研究。通过加速度传感器测量位移的实验,建立了由dSPACE数据采集与处理系统、压电传感器、压电作动器、桁架结构和微机实时测控组成的实时计算机控制系统。基于自适应桁架结构的有限元理论,采用改进的二次积分力反馈控制方法,研究了空间柔性自适应桁架结构的振动主动控制问题。通过正弦激励进行了实时控制实验,给出了控制前后节点18x方向的位移振幅抑制变化情况及功率谱响应曲线。实验研究结果表明,该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。