基于能量观点的主动隔振系统能耗性及控制策略研究

论文摘要

主动隔振技术在目前被认为是实现高质量减振降噪的有效手段，已在航天、航空、汽车等领域获得了一些成功应用，但同时多数主动系统由于结构复杂、花费高运行，甚至还不可靠，这些制约着主动控制进一步发展。找出影响能耗，制约控制难度与精度的因素，寻找合适的控制策略，降低能耗、优化系统、提高能量利用率有很大的工程应用价值，在能耗与实际需要隔振性能寻找折中方案是工程实际经常面临的问题。因而讨论隔振效果时兼顾能量消耗显的很有必要，研究不同控制策略下系统的能耗性以及系统各参数对隔振性能及能耗的影响有很好的工程价值。 本文着重讨论了单激励源与多激励源主动隔振系统中的能耗性与隔振性能，讨论了不同控制策略下的主动隔振系统能耗性及系统参数对能耗性的影响。 首先讨论了单激励源系统位移反馈、速度反馈、加速度反馈下的性价比。建立了单激励下主动隔振系统动力学模型，推导了主动作动器的输出功率流，以此衡量系统在某段时间所需能量强度，结合隔振效果，研究了若干控制策略下隔振效果，同时兼顾系统能耗性。最后通过数值仿真的方法对其进行了研究，为设计低能耗、性能优越的主动隔振系统提供了若干有用结论。 建立了多激励源主动隔振系统的理论模型，探讨了几种控制策略，对这几种控制策略下的功率流传递特性与各自的能量消耗及能量利用效率作了对比，并对支承倾斜安装、不同板厚等不同系统参数的功率流传递特性与各自的能量消耗及能量利用效率作了对比，得到若干有用结论。 将PID控制技术应用到多激励源隔振系统，最后用Matlab仿真了功率流传递谱。 本文是在山东博士基金项目“智能和节能型主动与半主动振动控制策略与效果评估研究”(NO.02BS065)资助下完成的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、内容及意义
• 1.2 隔振理论研究、发展现状
• 1.3 功率流理论发展状况
• 1.4 本文的主要工作
• 1.4.1 单激励源主动隔振系统能耗性及控制策略研究
• 1.4.2 多激励源主动隔振系统能耗性及控制策略研究
• 1.4.3 主动隔振系统的控制策略及有效性研究
• 第2章 单激励源主动隔振系统能耗性研究
• 2.1 前言
• 2.2 动力学模型
• 2.2.1 隔振系统模型
• 2.2.2 主动作动器的模型分析
• 2.3 功率流传递函数推导
• 2.3.1 机器A动态特性
• 2.3.2 支承系统四端参数表达式
• 2.3.3 基础板的动态特性
• 2.3.4 功率流传递函数
• 2.3.5 功率流传递函数的另一种表达形式
• 2.4 数值仿真及分析
• 2.5 隔振系统程序计算简介
• 2.6 本章小结
• 第3章 多激励源主动隔振系统能耗性研究
• 3.1 前言
• 3.2 动力学模型
• 3.3 系统的动态特性及功率流推导
• 3.3.1 机器A的动态特性
• 3.3.2 支承系统动态特性
• 3.3.3 基础的动态特性
• 3.4 主动控制策略研究
• 3.4.1 传递到基础功率流最小化控制策略
• 3.4.2 传递到基础的纵向速度最小化控制策略
• 3.4.3 传递到基础的纵向力最小化控制策略
• 3.4.4 加权的力和速度平方和最小化控制策略
• 3.5 系统能耗性及能效性
• 3.5.1 能量有效利用效率
• 3.5.2 主动作动器的输出功率流
• 3.6 系统动态特性、能耗性分析
• 3.6.1 不同控制策略下隔振效果、能耗性仿真与分析
• 3.6.2 倾斜安装支承对传递功率流、能耗性影响
• 3.6.3 板厚对传递功率流、能耗性的影响
• 3.6.4 橡胶隔振器杨氏模量对传递功率流、能耗性的影响
• 3.6.5 支承系统对称性安装对传递功率流、能耗性的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 主动隔振系统控制策略及有效性研究
• 4.1 前言
• 4.2 多激励源柔性系统主动控制策略研究
• 4.2.1 动力学模型
• 4.2.2 计算机控制系统
• 4.2.3 主动作动器的模型分析
• 4.2.4 功率流传递谱的的推导
• 4.2.5 数值仿真及分析
• 4.3 主动隔振系统有效性研究
• 4.3.1 动力学模型
• 4.3.2 数值仿真及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的学术论文
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表