【摘要】：為了克服增加線性阻尼能夠抑制共振但會(huì)導(dǎo)致隔振系統(tǒng)高頻性能變差的矛盾,提出時(shí)滯立方位移反饋控制策略。建立反饋控制的高靜低動(dòng)剛度隔振器動(dòng)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(shí)間對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響,并分析不同滯后時(shí)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(duì)系統(tǒng)位移傳遞率的影響并和被動(dòng)隔振系統(tǒng)的性能進(jìn)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(duì)改善高靜低動(dòng)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(shí)滯效應(yīng)會(huì)削弱該反饋控制的效率，且時(shí)滯效應(yīng)在實(shí)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(shí)滯效應(yīng)來提高高靜低動(dòng)剛度隔振器的性能。本文首先建立時(shí)滯立方位移反饋控制的高靜低動(dòng)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(lì)下的響應(yīng);然后分析反饋參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律;最后分析反饋控制的高靜低動(dòng)剛度隔振器的位移傳遞率，并與被動(dòng)隔振器進(jìn)行比較。1時(shí)滯立方位移反饋控制建模時(shí)滯立方位移反饋控制的高靜低動(dòng)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�？刂茊卧晌灰苽鞲衅�、控制器和執(zhí)行器組成，其中執(zhí)行器主要由伺服電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。傳感器采集到的位移信號(hào)通過控制器轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。而伺服電機(jī)則可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，通過閥桿驅(qū)動(dòng)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(shí)滯立方位移反饋控制的高靜低動(dòng)剛度隔振器示意圖Fig．1SchematicdiagramoftheHSLDSvibrationisolatorwithtime-delaycubicdisplacementfeedback電壓信號(hào)大小，即可得到相應(yīng)的立方位移控制力，從而實(shí)現(xiàn)反饋控制。當(dāng)高靜低動(dòng)剛度隔振器工作時(shí)，滾輪沿著凸輪表面上下滾動(dòng)，水平彈簧則沿著水平方向運(yùn)動(dòng)，并為隔振器在豎直方向提供負(fù)剛度。當(dāng)滾輪脫離凸輪時(shí)，水平彈簧則無法為豎直方向提供負(fù)剛度，故該隔振器的剛度表現(xiàn)出分段特性。高靜低動(dòng)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(shí)，靜平衡位置的剛度為0，，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)一般的高靜低動(dòng)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(shí)，將式(2)的第一個(gè)表達(dá)式在x=0處展開成三階泰勒級(jí)數(shù)，得到近似表達(dá)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(dá)式(2)與近似表達(dá)式(6)的對(duì)比曲線如圖3所示。可以看出近似曲線與精確曲線具有較好的一致性，只在分段點(diǎn)x=xc處誤差較大。圖3無量綱恢復(fù)力精確表達(dá)式與近似表達(dá)式對(duì)比曲線(β=1，xc=0．6，l=0．4)Fig．3Comparisonoftheexactandapproximatenon-dimensionalrestoringforcecurves(β=1，xc=0．6，l=0．4)2動(dòng)力學(xué)分析2．1多尺度分析系統(tǒng)受到垂向基礎(chǔ)激勵(lì)Z=Zecosωt，其中Ze和ω分別為激勵(lì)幅值和頻率。令Y=X－Z，于是含時(shí)滯立方位移反饋控制的運(yùn)動(dòng)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(shí)間;符號(hào)‘．’為關(guān)于時(shí)間t的導(dǎo)數(shù)。用式(6)代替上式中的精確恢復(fù)力表達(dá)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(hào)：2579054