磁流变减振器的三谱分析

论文摘要

磁流变减振器是一种新型的机电一体化装置,它在外磁场激励下可以提供连续可变阻尼减振力,并具有调节范围宽、功耗低、噪音小、响应迅速、结构简单等特点。通过改变电流的强度来改变阻尼器中的磁场强度来控制其阻尼力,从而实现减振系统的半主动控制。磁流变减振系统是一个多输入系统。系统表现出非线性、非高斯特点,传统的谱分析不再满足磁流变减振系统的实验要求。本文将三谱引入磁流变减振系统。三谱,是一种近些年来发展起来的现代高阶谱分析,它在抑制有色噪声,辨识相位信号,抽取因高斯性偏离引起的各种信息,检测和表征信号非线性耦合以及辨识非线性系统等方面比双谱、功率谱要略胜一筹。第一部分,先从谱估计的概念出发,回顾了国内外各种谱发展以及其应用状况。重点突出三谱分析的发展,接着在第二章详细介绍本文的实验平台,通过传统磁流变振动器的特点和应用的介绍,引出磁流变橡胶减振器减振的思路,突出磁流变橡胶减振器的优点。随后再针对于本实验的测试系统作了详细的介绍,指出本文采用NI公司的LabVIEW虚拟仪器测试平台构建测控系统,使实验数据采集和处理变得更简捷、精确。第二部分,介绍三谱分析高阶谱的定义与性质,并分析用高阶统计量技术分析减振器的思路,其次引出三谱理论,详细介绍三谱分析磁流变减振器信号程序软件包的实现过程。随后对实验数据进行三谱分析,从统计意义上寻求电流、频率和减振效果的关系。结果证明磁流变减振器具有非常明显的非线性特征,而且随着电流增加,信号的非线性的程度减小。说明电流增加,磁流变减振器的减振效果越明显。第三部分,从分形理论的角度出发,介绍了关联维数的求解方法,最后对磁流变减振器振动信号各种谱切片的关联维数作定性分析,结果表明,三谱切片的关联维数要大于其他谱分析切片的关联维数,从而从分形的角度上讲,三谱能提取出磁流变减振器振动信号更多的信息。本文的主要研究成果是:从磁流变橡胶减振器的可实现结构设计着手,构建基于虚拟仪器的磁流变减振器性能测试系统,设计基于NI虚拟仪器的三谱分析包,并进行机械系统动态检测与分析,深入研究了磁流变减振器的电流、频率与其减振效果之间的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 传统谱分析
• 1.2 现代谱分析
• 1.2.1 双谱的国内外研究现状与发展
• 1.2.2 三谱的国内外研究现状与发展
• 1.3 本论文的研究内容和所解决的关键问题
• 1.4 研究成果和创新点
• 1.4.1 课题来源、目的和意义
• 1.4.2 本文研究的主要内容
• 第二章 实验平台和数据采集
• 2.1 磁流变阻尼器
• 2.1.1 磁流变阻尼器的特点
• 2.1.2 磁流变减振器的应用
• 2.1.3 磁流变减振器的研究和发展
• 2.2 磁流变减振器研究
• 2.2.1 磁流变橡胶减振器设计思想
• 2.2.2 磁流变橡胶减振器结构设计
• 2.3 实验平台
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 测试系统
• 2.4 本章小结
• 第三章 高阶统计量基本定义与性质
• 3.1 特征函数
• 3.1.1 随机变量的特征函数
• 3.1.2 随机向量的特征函数
• 3.2 高阶矩、高阶累积量及其谱
• 3.2.1 高阶矩、高阶累积量
• 3.2.2 高阶矩谱和高阶累积量谱
• 3.2.3 高阶谱的物理意义及性质
• 3.3 高阶矩和高阶累积量的转换关系
• 3.4 利用高阶统计量技术分析减振器的思路
• 3.5 本章小结
• 第四章 磁流变减振器三谱及其软件实现
• 4.1 信号估计
• 4.1.1 功率谱
• 4.1.2 三谱与双谱
• 4.2 信号的非高斯性和非线性检验
• 4.3 基于LabVIEW三谱程序的实现
• 4.3.1 开发软件
• 4.3.2 信号分析程序的实现
• 4.4 本章小结
• 第五章 磁流变减振器的三谱特征
• 5.1 磁流变减振器三谱分析
• 5.2 磁流变减振器三次相位耦合
• 5.3 三谱切片
• 5.3.1 累积量及其谱的一维切片
• 5.3.2 阻尼器对角切片
• 5.3.3 特殊切片
• 5.4 本章小结
• 第六章 三谱的分形特征
• 6.1 分形理论简介
• 6.1.1 分形
• 6.1.2 关联维数
• 6.2 三谱关联维数
• 6.2.1 相空间重构理论
• 6.2.2 延迟时间间隔的确定
• 6.2.3 关联维数计算
• 6.3 三谱分维特性
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的项目及发表的学术论文
• 致谢