氣動隔振器非線性特性及其控制策略研究.pdf

1、氣動隔振系統(tǒng)有效行程大、承載力大、隔振效果優(yōu)異,廣泛應(yīng)用在光學(xué)平臺、儀器平臺、艦船動力設(shè)備隔振、精密加工與檢測、車輛懸掛等的振動隔離,在保證設(shè)備的工作精度、提高設(shè)備安全性、改善乘員舒適性等方面發(fā)揮著不可替代的作用。由于其固有的氣體壓縮非線性、機械機構(gòu)的幾何和力學(xué)非線性等,在實際的應(yīng)用中常常會表現(xiàn)出明顯的非線性響應(yīng),危害設(shè)備安全、影響正常工作。本文應(yīng)用氣動技術(shù)、非線性動力學(xué)和自動控制等有關(guān)理論對氣動隔振系統(tǒng)的非線性特性進(jìn)行研究,其主要研究

2、內(nèi)容為以下:
　　首先,考慮到氣動隔振器的非線性主要來源于氣體的壓縮非線性,建立了其非線性模型,在此基礎(chǔ)上,利用軟件進(jìn)行了仿真分析,得到了系統(tǒng)在簡諧激勵下的響應(yīng)曲線。結(jié)果表明:該系統(tǒng)具有很強的非線性特性,簡諧激勵會誘發(fā)零頻偏移,倍頻現(xiàn)象;激勵頻率越接近系統(tǒng)的線性化固有頻率,零頻偏移,倍頻響應(yīng)越大。以仿真結(jié)果為指導(dǎo),提出了一種可行的數(shù)值解法,在諧波平衡法的基礎(chǔ)上,通過迭代求解得到系統(tǒng)數(shù)值解,該法與仿真所得結(jié)果吻合性好,從而驗證了該數(shù)

3、值解法的有效性。分析了系統(tǒng)在多頻激勵下的響應(yīng),從結(jié)果可以看出,多頻激勵會誘發(fā)明顯的組合共振和聯(lián)合共振,為氣動隔振系統(tǒng)的設(shè)計提供了理論依據(jù)。
　　對氣動隔振器的綜合非線性動力學(xué)行為進(jìn)行了分析?？諝鈴椈捎捎谙鹉z簾線本身具有很強的非線性,和氣體壓縮性引起的非線性疊加在一起,其非線性特性比較復(fù)雜,因此首先通過實驗的方法,對橡膠簾線型空氣彈簧進(jìn)行實驗,得到其載荷隨高度變化的數(shù)據(jù),以空氣彈簧高度為自變量,用三次多項式對該曲線進(jìn)行非線性擬合,得

4、到彈簧非線性恢復(fù)力與工作高度的三次多項式表達(dá)式。建立了氣動隔振器在激勵頻率下的非線性模型,根據(jù)彈簧的非線性恢復(fù)力,得到系統(tǒng)的非線性動力學(xué)方程。運用多尺度法對該非線性動力學(xué)方程進(jìn)行了求解,分析了單頻激勵下的主共振,超諧共振和亞諧共振,分析了多頻共同作用下的組合共振,討論了各非線性參數(shù)對系統(tǒng)的影響。
　　考慮到氣動隔振器的非線性特性,對其施加線性速度反饋控制和非線性速度反饋控制。研究了其反饋增益的變化對隔振性能的影響,研究結(jié)果表明,兩

5、種反饋控制都可以起到抑制系統(tǒng)非線性的作用。通過施加控制后,載荷響應(yīng)的鞍結(jié)分叉得到了很好的抑制和消除,因而消除了其響應(yīng)的多值區(qū)域和跳躍現(xiàn)象。載荷的響應(yīng)幅值也隨著反饋增益的增大而減小。通過對兩種反饋控制的對比,得出線性速度反饋控制更有利于抑制系統(tǒng)非線性的結(jié)論。
　　將自適應(yīng)濾波控制引入到氣動隔振主動控制中,設(shè)計了自適應(yīng)濾波控制器,使其輸出通過作動器自適應(yīng)地產(chǎn)生控制力于受控對象,使載荷對作動力的響應(yīng)與激勵引起的響應(yīng)相抵消。提出了多凹口自