【摘要】：為了克服增加線性阻尼能夠抑制共振但會導(dǎo)致隔振系統(tǒng)高頻性能變差的矛盾,提出時滯立方位移反饋控制策略。建立反饋控制的高靜低動剛度隔振器動力學(xué)方程,采用多尺度法得到控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。分析反饋增益與滯后時間對控制系統(tǒng)動態(tài)特性的影響,并分析不同滯后時間下穩(wěn)態(tài)響應(yīng)的穩(wěn)定性。定義控制系統(tǒng)的位移傳遞率,分析反饋參數(shù)對系統(tǒng)位移傳遞率的影響并和被動隔振系統(tǒng)的性能進行比較。結(jié)果表明:合適的反饋參數(shù)能夠有效減小隔振系統(tǒng)共振區(qū)的位移傳遞率,卻不影響高頻區(qū)域的隔振性能;該控制策略對改善高靜低動剛度隔振器的隔振性能具有理論指導(dǎo)意義。
【圖文】：

鉤礱鞲梅蠢】刂頗芄揮行б種乒?振卻不影響高頻隔振性能，但是時滯效應(yīng)會削弱該反饋控制的效率，且時滯效應(yīng)在實際控制中無法避免。本文的目的是結(jié)合立方位移反饋與時滯效應(yīng)來提高高靜低動剛度隔振器的性能。本文首先建立時滯立方位移反饋控制的高靜低動剛度隔振器模型，應(yīng)用多尺度法求解系統(tǒng)在基礎(chǔ)激勵下的響應(yīng);然后分析反饋參數(shù)對系統(tǒng)動態(tài)特性的影響規(guī)律;最后分析反饋控制的高靜低動剛度隔振器的位移傳遞率，并與被動隔振器進行比較。1時滯立方位移反饋控制建模時滯立方位移反饋控制的高靜低動剛度隔振器示意圖如圖1所示。豎直彈簧的剛度為Kv，主要用于支撐載荷M;凸輪滾輪彈簧裝置由半圓形凸輪、滾輪及水平彈簧組成，滾輪與凸輪的半徑分別為r1和r2，水平彈簧的剛度為Kh;X為載荷從靜平衡位置開始的位移;隔振系統(tǒng)的阻尼為線性黏性阻尼，阻尼系數(shù)為C。控制單元由位移傳感器、控制器和執(zhí)行器組成，其中執(zhí)行器主要由伺服電機來實現(xiàn)。傳感器采集到的位移信號通過控制器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘�。而伺服電機則可以將電壓信號轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，通過閥桿驅(qū)動閥門，從而得到作用于隔振器上的控制力。通過控制輸出的圖1時滯立方位移反饋控制的高靜低動剛度隔振器示意圖Fig．1SchematicdiagramoftheHSLDSvibrationisolatorwithtime-delaycubicdisplacementfeedback電壓信號大小，即可得到相應(yīng)的立方位移控制力，從而實現(xiàn)反饋控制。當(dāng)高靜低動剛度隔振器工作時，滾輪沿著凸輪表面上下滾動，水平彈簧則沿著水平方向運動，并為隔振器在豎直方向提供負剛度。當(dāng)滾輪脫離凸輪時，水平彈簧則無法為豎直方向提供負剛度，故該隔振器的剛度表現(xiàn)出分段特性。高靜低動剛度隔振系統(tǒng)的恢復(fù)力與位移之間的關(guān)系為F(X)=KvX－2KhX1+

(lqzs=0．5)時，靜平衡位置的剛度為0，，系統(tǒng)實現(xiàn)準零剛度特性。若l繼續(xù)增加，靜平衡位置附近的剛度將小于零，系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。為了避免系統(tǒng)不穩(wěn)定，l不應(yīng)大于lqzs。本文中選擇l＜lqzs，于是實現(xiàn)一般的高靜低動剛度特性。(a)無量綱恢復(fù)力-位移曲線(b)無量綱剛度-位移曲線圖2無量綱恢復(fù)力-位移及剛度-位移曲線(β=1，xc=0．6)Fig．2Non-dimensionalforce-displacementandstiffness-displacementcurves(β=1，xc=0．6)當(dāng)x≤xc時，將式(2)的第一個表達式在x=0處展開成三階泰勒級數(shù)，得到近似表達式fa(x)=αx+γx3x≤xcxx＞x{c(6)式中:α=1－2βl;γ=β(1－l)。無量綱恢復(fù)力的精確表達式(2)與近似表達式(6)的對比曲線如圖3所示�？梢钥闯鼋魄�與精確曲線具有較好的一致性，只在分段點x=xc處誤差較大。圖3無量綱恢復(fù)力精確表達式與近似表達式對比曲線(β=1，xc=0．6，l=0．4)Fig．3Comparisonoftheexactandapproximatenon-dimensionalrestoringforcecurves(β=1，xc=0．6，l=0．4)2動力學(xué)分析2．1多尺度分析系統(tǒng)受到垂向基礎(chǔ)激勵Z=Zecosωt，其中Ze和ω分別為激勵幅值和頻率。令Y=X－Z，于是含時滯立方位移反饋控制的運動方程為MY··+CY·+f(Y)=UY3(t－δ)－MZ··(7)式中:f(Y)見式(1);U為反饋增益;δ為滯后時間;符號‘．’為關(guān)于時間t的導(dǎo)數(shù)。用式(6)代替上式中的精確恢復(fù)力表達式，并將式(7)寫成無量綱形式y(tǒng)··+2ζy·+fa(y)=uy3(T－τ)+Ω2zecos(ΩT)(8)式中:y=Y/(r1+r2);ze=Ze/(r1+r2);ζ=C/(2Mω0);u=U(r1+r2)2/Kv;ω0=Kvi

本文編號：2579054