振动与被动式隔振物理教学实验研究

振动噪声是影响精密测量精度的主要因素之一。了解隔振的相应原理,从而设计高效的隔振系统,能够有效提高测量的精准度。该文基于被动隔振相关原理,设计了简易的被动隔振系统,测量了系统的传递函数。并基于所设计的隔振系统,分别使用加速度计和激光干涉仪测量了隔振后的振动加速度情况,评估了两种测量方式的灵敏度差异及系统的隔振效果。作为本科生创新性物理实验教学内容,有助于培养学生实践动手能力,同时加深对实验中涉及的力学、运动学、振动与波动、波动光学等相关大学物理课程知识点的理解。     

一种光电载荷非线性隔振装置的研究

针对光电载荷对隔振性能的需求,提出一种采用菱形连杆机构作为负刚度组件,具有高静、低动刚度特点的非线性隔振器（简称菱形HSLDS隔振器）。采用静力学分析方法,建立了隔振器数学模型,研究了刚度参数设定以及非线性调节方法;利用谐波平衡法（HBM）求解动力学方程,分析了各参数对隔振性能的影响关系;采用动力学仿真软件ADAMS及实物样机对理论模型与结论进行了验证。测试结果表明:菱形HSLDS隔振器具有较方便的参数调整能力,零位刚度及刚度非线性可通过拉簧参数与连杆参数进行设定、优化,隔振的刚度非线性优化程度受主隔振器阻尼以及零位刚度参数影响。相比于传统线性隔振器,菱形HSLDS具有显著的非线性隔振优势,可较好地满足光电载荷隔振需求。     

车载光学平台双层隔振系统设计与试验研究

 分析了冲击、振动对车载精密光学系统的影响,指出了光学平台的变形和振动是影响车载精密光学系统精度和稳定性的主要因素,提出了车载光学平台双层隔振系统的设计方案。采用ANSYS有限元方法分析了光学平台隔振系统的振动模态和减振比,完成了车载状况下的光学平台振动测试。分析与测试结果表明,车载光学平台的双层隔振结构具有良好的稳定性,且对环境强振动有很好的衰减作用。该双层隔振技术方案及其分析测试方法,对于各种车载精密光学系统和设备具有重要的工程应用价值。     

光电平台内框架的六自由度振动控制研究

阐述了光电平台内框架减振的必要性,对一种六自由度内框架减振系统进行了模型简化,并使用拉格朗日动力学理论对该系统进行控制方程的推导。系统的控制方程表明,当被隔振系统的质心与隔振器的几何中心重合时,系统是解耦的。扫频振动仿真分析表明该内减振系统能够隔离20Hz以上的中高频振动,该内减振系统设计合理。     

中频电机的隔振

本文介绍了中频电机隔振设计的步骤,有效隔振的条件,绝对传递率的公式、双对称面隔振系统的六个固有频率公式. 电机的主要参数有:直径d=33cm,长l=67.5cm,重量W=245kg,转数2950转/分.机座振动加速度2.5g,主共振峰在2000Hz附近.以50Hz作为激振频率和实际设计的参数进行了数值计算.文中给出了隔振器安装前后的加速度测量值,垂直方向绝对传递率的理论计算和实测曲线,阐述了隔振设计中应该注意的一些问题.     

双稳态结构中的1/2次谐波共振及其对隔振特性的影响

以典型的双稳态系统——屈曲梁结构为例,基于等效模型,结合解析、数值和实验手段,研究了双稳态结构中的1/2次谐波共振特性、演化过程、参数调节规律及其对隔振特性的影响.研究发现,当非线性刚度系数或激励幅值增加到一定程度时,系统会在一定带宽下产生显著的1/2次谐波共振;随着激励幅值增加,阻尼系统的1/2次谐波遵循“产生-增强-衰退-消失”的过程,该过程对峰值频率和峰值传递率有重要影响;适当提高非线性强度能有效改善双稳态结构隔振特性.针对双稳态屈曲梁结构开展的实验验证了1/2次谐波特性和隔振特性变化规律.     

钢丝绳隔振器隔振性能试验

钢丝绳隔振器最早由美国于20世纪70年代末研制成功，它是一种典型的非线性隔振器，阻尼特性与变形有关，具有良好的隔振性能。文中以特定电子器件的隔振设计为出发点，对比研究了采用钢丝绳隔振器时的隔振效果，为最终设计定型积累了试验数据。     

多源激励下双层隔振浮筏系统的线谱混沌化

采用混沌化技术可以重构水下航行器的水声线谱特征,改善隐声性能.基于这一特殊应用背景,研究了多源激励下双层隔振浮筏系统的非线性时延反馈混沌化问题.在二维简化浮筏系统模型的基础上,完整地呈现了非线性时延反馈控制的线谱混沌化方法,为隔振浮筏的线谱混沌化设计提供了标准流程.仿真结果表明了该方法的可行性,探讨了多源激励条件下控制增益、时延和反馈频率等控制参数对系统混沌化效果的影响,并与单源激励进行了对比分析.     

小位移条件下混沌隔振装置的设计与研究

本文根据混沌隔振原理, 设计出小位移下的混沌隔振装置, 该装置能够在小位移下产生强非线性, 并且其线性部分与非线性部分完全区分开, 实验中易于调节其整体刚度, 以及线性和非线性项比例, 大大增加了该装置在工程中的应用前景. 并利用数值计算方法对特定参数下的隔振装置在简谐激励力作用下的运动进行分析, 证实了该混沌隔振装置的可行性.     

对扭秤法测万有引力常数实验的探讨

对扭秤法测万有引力常数实验中的隔振和求平衡点两个重要问题进行了论述．     

Isolation effect of a dynamic damper and a trench on ground vibration caused by a construction machine

In this study, a simple isolation method of ground vibration is proposed by using a dynamic damper and a trench, which is feasible for temporary use during a construction period. The ground is modeled as a two-dimensional plane model. Periodic impulsive excitation acts at one point on the ground surface, and the vibrations are measured at several evaluation points on the ground surface. A simple dynamic damper composed of a weight and a restoring element is set up at the ground surface or in the shallow trench, and the vibration isolation effect is examined. The simulation shows that the ground vibration can be isolated when the dynamic damper is set near the excitation point on the ground surface, and setting the dynamic damper in a shallow trench has almost the same isolation effect as that in a deep trench. The results indicate that the proposed isolation method is feasible for actual application.     

基于滑模鲁棒算法的超低频主动隔振系统

振动噪声的有效隔离是冷原子重力仪的关键技术之一.为了减小冷原子重力仪中拉曼反射镜的振动噪声,研制了一套紧凑型低频主动隔振系统.其原理是利用滑模鲁棒控制系统处理和反馈由地震仪采集到的振动信号,利用音圈电机控制和消除被动隔振平台的运动.在0.1—10 Hz频域范围内,滑模鲁棒控制系统的残余振动噪声功率谱密度比被动隔振平台最大降低了99.9%,比超前滞后补偿控制方法最大降低了83.3%.滑模鲁棒控制算法还具有整定参数少、抗干扰能力强等特点.     

光学移相干涉仪抗振系统的鲁棒μ控制器设计

将结构奇异值μ综合鲁棒控制技术应用于主动抗振控制系统中,并用于解决光学移相干涉仪抗振系统的不确定性问题.采用小波分析方法将随机振动信号进行时频分析后得到低频全局信息,随后运用μ综合D-K迭代法设计鲁棒μ控制器对低频振动进行抑制.该方法克服了由模型自身和外部干扰所引起的不确定性,使得控制系统能够有效地抑制抗振模型的不确定性和外部振动的干扰,同时也具有很高的控制准确度和灵敏度.仿真结果表明,该方法使光学移相干涉仪在外部振动的干扰下具有较好的鲁棒稳定性和控制准确度,同时也能较好地抑制低频振动.     

一种机载光电设备减振系统设计及稳定精度试验研究

以光电设备减振系统为研究对象,从光电设备轻型化、小型化设计角度出发,针对现有内置橡胶减振系统的诸多不足,采用金属减振器,设计出一款适用于机载光电设备的外置型金属减振系统。通过对该减振系统的振动和冲击试验,测得固有频率、最大传递率及冲击最大位移值。通过对比光电设备在两种减振系统下的稳定精度, 得出以下结论:外置金属减振系统和内置橡胶减振系统均能使光电设备的稳定精度满足不大于25μrad的使用要求,但外置金属减振系统能提高光电设备内部有效空间,同时,外置金属减振系统作为整体可更换单元,降低了减振系统的维修难度,提高了光电设备整体维修性,为其他光电传感器的集成和实现机载光电设备轻型化、小型化提供了可能。     

振动对潜望式光电仪器影响的数理分析

潜望式光电仪器具有细长桅杆的典型外形,对因桅杆振动所导致的瞄准线通过俯仰反射镜折转后在成像靶面上的移动量进行了分析计算,讨论了像点的移动对成像质量的影响,并提出了一些改善其观测效果的措施。     

新型机载光电平台万向架及其关键技术

介绍了国外新型机载光电平台万向架及其涉及的关键技术。结合机载光电系统装备产品发展趋势,叙述了机载光电系统万向架平台技术现状,从万向架平台配置、隔振形式以及稳定精度等方面做了介绍;从任务集成、高精度稳定以及运动补偿等方面分析了机载光电系统对万向架平台提出的更大任务传感器布局空间、更强的运动补偿功能以及更高的环架稳定性能等要求;研究了国外新型的无约束驱动-主动随动和并联式-主动随动机载光电万向架平台创新技术,结果表明,国外新型机载光电平台万向架在任务负载/万向架质量比大于1的基础上,实现了3轴优于5 μrad的稳定性能;最后提出了新型机载光电万向架平台关键支撑技术。     

基于ADN8830的高性能TEC控制电路

在许多光电应用领域中对温度控制的精确性和稳定性有很高的要求。利用ADN8830器件设计出高性能、高稳定TEC(Thermo-Electric Coo1er)控制环节。通过实验,证明了基于ADN8830器件的TEC控制系统对于温度稳定控制具有良好性能。     

Robust control of novel pendulum-type vibration isolation system

A novel pendulum-type vibration isolation system is proposed consisting of three active cables with embedded piezoelectric actuators and a passive elastomer layer. The dynamic response of the isolation module in the vertical and horizontal directions is modeled using the Lagrangian approach. The validity of the dynamic model is confirmed by comparing the simulation results for the frequency response in the vertical and horizontal directions with the experimental results. An approximate model is proposed to take into account system uncertainties such as payload changes and hysteresis effects. A robust quantitative feedback theory (QFT)-based active controller is then designed to ensure that the active control can achieve a high level of disturbance rejection in the low-frequency range even under variable loading conditions. It is shown that the controller achieves average disturbance rejection of ?14 dB in the 2–60 Hz bandwidth range and ?35 dB at the resonance frequency. The experimental results confirm that the proposed system achieves a robust vibration isolation performance under the payload in the range of 40–60 kg.     

FORCE FEEDBACK VERSUS ACCELERATION FEEDBACK IN ACTIVE VIBRATION ISOLATION

This paper compares the force feedback and acceleration feedback implementation of the sky-hook damper when it is used to isolate a flexible structure from a disturbance source. It is shown that the use of a force sensor produces always alternating poles and zeros in the open-loop transfer function between the force actuator and the force sensor, which guarantees the stability of the closed loop. On the contrary, the acceleration feedback produces alternating poles and zeros only when the flexible structure is stiff compared to the isolation system; this property is lost when the flexible modes of the sensitive payload interfere with the isolation system.