变质量动力吸振器及其控制策略研究

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自适应动力吸振器是振动控制领域的研究热点,其通过调整自身参数改变固有频率,以跟踪外界激励频率,从而在较大的带宽上减小主系统振动,克服了传统动力吸振器有效带宽过窄的缺点。与当前常用的通过改变刚度调整自身固有频率的方法不同,本论文提出了一种新的基于变质量调谐的吸振器—变质量动力吸振器,通过在传统吸振器中引入一个液体箱作为变质量单元,改变其中液体体积,就可以改变吸振器质量及固有频率,从而获得较大的有效带宽。本论文研究内容如下:(1)在研究二自由度系统振动理论的基础上,研究了传统动力吸振器基本原理,包括定点设计理论及吸振器参数优化理论,并通过仿真分析了参数变化对吸振器减振效果的影响。(2)提出了新型变质量动力吸振器,研究了变质量动力吸振器工作原理,建立了主系统—吸振器运动微分方程。根据运动微分方程,建立了Simulink仿真模型,对变质量动力吸振器减振性能进行仿真研究,分析了其有效带宽。(3)搭建实验系统,对变质量动力吸振器减振性能进行了实验研究。选择一个玻璃瓶作为变质量单元,通过改变玻璃瓶内水的体积改变吸振器质量及固有频率,以实现对外界激振频率的追踪,从而达到最优减振效果。实验结果表明,随着质量的变化,吸振器可以在8.125Hz~9.297Hz范围内使主系统振动减小约14dB,说明相对于传统动力吸振器,所设计的吸振器能够获得较大的有效带宽。(4)为解决使用吸振器后,主系统频率响应出现新的共振峰,从而可能增大主系统振动的缺点,提出了一种新的基于规则的变质量动力吸振器控制策略。通过仿真和实验研究了所提控制策略的减振效果。结果表明,使用新控制策略后,吸振器不仅能够在较宽的频带上明显减小主系统振动,而且能够有效防止主系统出现共振,因而具有重要的工程应用价值。
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