时滞反馈控制在自参数动力吸振器中的作用

采用时滞状态反馈来控制自参数动力吸振器减振系统中主系统的振动.系统在简谐激励作用下,采用多尺度方法得到了主共振和1:2内共振同时发生时系统运动方程的解析解.主要分析了反馈增益系数和时滞对自参数振动系统减振的作用.结果表明,对某一反馈增益系数,存在时滞的某段减振区间,当时滞在该区间调节时,可以减小自参数振动系统中主系统的振动.并且在时滞的减振区间里,存在一个\"最大减振点\",可以在该反馈增益系数下最大程度的减小主系统的振动.分析还表明,当反馈增益系数和时滞调节到最优值时,主系统的振动最多可以比自参数动力吸振器减振系统减小90%左右.     

非线性时滞反馈控制系统超谐共振分析

采用增量谐波平衡法求解了非线性时滞微分方程的超谐共振解,研究了时滞、反馈控制增益、激励幅值、非线性项系数等系统参数对系统超谐共振响应的影响,分析了超谐共振响应随系统参数变化的规律。结果表明:三次谐波与一次谐波振幅的比值随时滞量呈周期性变化;反馈控制增益对系统超谐共振的影响与非线性项系数和激励幅值有关;随着非线性项系数和激励幅值的不断增大,三次谐波项与一次谐波项振幅的比值都是先增大后减小,而且减小的趋势逐渐减弱;一次谐波成份在振幅中占主导地位。     

时滞反馈控制的若干问题

近几十年来, 时滞系统动力学的研究得到了众多学者的大量关注, 研究者在时滞系统的稳定性、非线性、辨识、时滞消除与利用技术等方面做了大量研究, 取得了许多成果. 本文主要介绍作者十多年来在时滞系统动力学方面的研究成果, 包括时滞辨识、两种基于时滞方程的控制律的设计方法、时滞鲁棒控制律的设计、时滞正反馈控制技术、非线性结构时滞控制律的设计、时滞实验等内容.     

时滞非线性主动悬架系统的减振控制研究

将时滞状态反馈控制应用到非线性悬架系统中,实现对悬架系统的主动控制以达到减振的目的;建立了1/4车辆非线性主动悬架系统的力学模型,其中弹性力和阻尼力均含非线性项;运用多尺度法对量纲归一化数学模型进行解析计算,推出一种研究非线性时滞系统稳定性的方法;研究了时滞状态反馈控制参数对主动悬架系统减振效果的影响,综合考虑车身振幅和节能性得出最优反馈参数;最后通过数值模拟验证了理论结果的正确性.结果表明:通过仿真分析验证了稳定性分析方法的正确性;可以通过调节反馈时滞和增益系数控制时滞非线性主动悬架系统的振动;当反馈参数取最优解时,主动悬架系统的车身振动和轮胎振动与被动悬架相比分别减少了约98.24％和23.58％,有效地提高了悬架系统的减振效果.     

自参数动力系统临界状态减振的非光滑方法

系统在达到稳态运动前通常要经历瞬态振动过程.瞬态振动对系统的影响是不可忽略的.在这个过程中作用于系统的激振力频率实际上是由零开始增加到某一工作频率.当激振力频率接近或超过系统的临界频率,系统发生共振,同时振幅达到峰值,并且此共振振幅通常要比系统的稳态振幅大的多.考虑到上述问题,文中分析了两种通过调制激振频率来实现降低临界振幅的方法,即让激振频率按单调线性增加或者分段线性增加到系统工作频率,通过系统相位的调制来实现减振.数值仿真结果表明上述方法能有效地降低临界振幅.同时上述方法工程实际应用中易于实现.     

非自治时滞反馈控制系统的周期解分岔和混沌

研究时滞反馈控制对具有周期外激励非线性系统复杂性的影响机理, 研究对应的线性平衡态失稳的临界边界, 将时滞非线性控制方程化为泛函微分方程, 给出由Hopf分岔产生的周期解的解析形式. 通过分析周期解的稳定性得到周期解的失稳区域, 使用数值分析观察到时滞在该区域可以导致系统出现倍周期运动、锁相运动、概周期运动和混沌运动以及两条通向混沌的道路: 倍周期分岔和环面破裂. 其结果表明, 时滞在控制系统中可以作为控制和产生系统的复杂运动的控制``开关'.     

碰撞振动系统不连续擦边分岔的线性反馈控制

不连续擦边分岔通常导致系统响应直接跳跃到碰撞周期运动或大幅值的混沌带.为了抑制擦边点处的跳跃现象并保证控制后系统的响应仍能保持为简单的周期运动,本文基于单自由度振碰系统中一系列孤立的退化擦边点能使未碰周期运动可以连续转迁进入碰撞周期运动这一特殊的动力学性质,设计了一类线性反馈控制器并利用零时间不连续映射的方法,将单自由度系统中大幅值的混沌带控制到稳定的碰撞周期运动,抑制了擦边点处的跳跃现象.数值仿真结果表明,本文提出的控制策略简单而有效.     

轴向时滞反馈控制下悬索非线性响应分析

采用轴向时滞反馈控制策略对悬索进行振动控制.根据Hamilton原理建立悬索的非线性振动控制方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下悬索第一阶正对称模态主共振响应近似解,得出系统响应与控制参数的关系.结果表明,主共振的响应存在多解和跳跃现象,调节控制增益和时滞值,可以避免共振区,有效抑制大幅振动.     

振动陀螺仪单向时滞耦合系统的摄动分析

针对振动陀螺仪单向时滞耦合系统,研究了角速度、耦合强度、耦合时滞与系统输出信号之间的关系,着重关注耦合时滞对待检测角速度测量结果的影响．本文采用摄动法对振动陀螺仪单向时滞耦合系统进行理论分析,得到了系统输出信号、系统振动边界和待检测角速度的近似表达式,并将数值和近似计算结果进行了对比．理论分析结果与数值结果比较吻合,验证了运用摄动法分析振动陀螺仪单向时滞耦合系统的有效性,也表明了在运用摄动法分析系统时具有局限性．     

捷联惯组减振系统角振动、线振动共振频率理论分析

当前实际工程中,角振动试验技术和设备尚不成熟。以指导捷联惯组减振系统设计过程为目的,结合捷联惯性组合减振系统对角共振频率的特殊要求,对线振动、角振动共振频率的关系进行了分析与讨论。建立了捷联惯性组合减振系统的动力学模型,得到了捷联惯组减振系统数学模型,利用刚体动力学方法分析捷联惯组的转动惯量和回转半径,得出理想情况下捷联惯性组合减振系统线共振、角共振频率存在一定的比例关系,并与减振器安装中心到转动中心线的平均距离和惯组回转半径有关的结论。最后讨论了改变减振系统刚度和减振器布置方式两种改变共振频率的方法,并对两种方法进行了比较。     

时滞非线性动力吸振器的减振机理

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构,采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能,得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明,对时滞非线性动力吸振器,可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动. 研究还发现,对确定的反馈增益系数,可以存在时滞的一些调节区域,时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动. 并且在时滞的这些可调区域里,存在一个``最大减振点'对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数,``最大减振点'对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值,最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明,当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时,主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90{%}左右, 数值模拟也证实了解析结果的正确性.      

负刚度时滞反馈控制动力吸振器的等峰优化

相比于传统动力吸振器, 负刚度动力吸振器同时具有更好的减振能力和更宽的有效减振频带宽度, 为了进一步降低共振峰幅值, 在负刚度吸振器系统耦合时滞反馈控制. 对负刚度时滞反馈控制动力吸振器系统进行等峰优化设计, 优化设计的准则是:第一和第二共振峰的峰值相等; 同时兼顾两个目标, 一个目标是在优化时的最大共振峰幅值小于被动负刚度吸振器系统的反共振峰幅值, 另一目标是在优化时共振峰幅值与反共振峰幅值差小于被动吸振器系统. 接着, 通过设计和调节负刚度系数、吸振器阻尼系数和时滞反馈控制系数对控制系统进行等峰优化设计. 最后, 在降低幅值的同时, 分析结构参数对有效减振频带宽度的影响. 经过等峰优化之后, 选择本文的一组结构参数与两个典型的模型进行对比. 为了定量比较不同模型的降幅效果, 定义了减幅百分比, 研究发现在有效减振频带区间内减幅百分比超过40%以上. 结果表明, 通过等峰优化准则对结构参数进行优化设计和调节增益系数和时滞量, 共振峰幅值的减幅百分比也近似达到40%, 也可以调节增益系数和时滞量, 使得幅频响应曲线具有较宽的有效减振频带和较低的共振峰幅值与反共振峰幅值的差值.     

Dynamics of a Cubic Nonlinear Vibration Absorber

We study the dynamics of a nonlinear active vibration absorber. We consider a plant model possessing curvature and inertia nonlinearities and introduce a second-order absorber that is coupled with the plant through user-defined cubic nonlinearities. When the plant is excited at primary resonance and the absorber frequency is approximately equal to the plant natural frequency, we show the existence of a saturation phenomenon. As the forcing amplitude is increased beyond a certain threshold, the response amplitude of the directly excited mode (plant) remains constant, while the response amplitude of the indirectly excited mode (absorber) increases. We obtain an approximate solution to the governing equations using the method of multiple scales and show that the system possesses two possible saturation values. Using numerical techniques, we perform stability analyses and demonstrate that the system exhibits complicated dynamics, such as Hopf bifurcations, intermittency, and chaotic responses.     

主动移频式动力吸振器及其动力特性的研究

动力吸振器是振动控制中比较有效的减振装置,只要吸振器(子系统)的振动固有频率与振动物体(主系统)的振动频率相同,即可有效地消除主系统的振动。但传统动力吸振器的控制频率带宽较窄,限制了其稳定性和减振效果的提高。本文通过独特的机械设计,研制了一种可以通过调节自身的几何参数,使得其固有频率随几何参数线性变化的主动移频的新型动力吸振器,并初步设定了相应的控制方法。文中还对其动力学特性进行了理论分析和实验测试,分析了它的机理,评估了它的实际减振效果。研究结果表明该吸振器可以大范围调节自身固有频率,有效拓宽吸振频带,具有良好的减振性能和稳定性。     

反共振理论在动力吸振器设计中的应用

本文旨在讨论反共振理论在动力吸振器设计中的应用,特别是应用动力吸振器族控制或消除复杂结构,机械系统中某些子结构稳态响应或系统共振的方法,最后给出了反共振动力吸振器族在某大型机械设备振动控制中的应用实例。     

振动控制研究进展综述

由于工程中巨大的需求,振动控制技术和相关的研究,一直都是国内外研究的前沿热点．经典的振动控制方法有着严密的理论体系,一直都被工程师广泛应用．但是这些振动控制技术也有其明显的缺陷,因此,国内外学术界多年来一直致力于改善这些缺陷,或提出新的振动控制结构和新方法来抑制振动．本文综述近年来国内外学术界新的方法和技术,主要是从被动抑制和主动控制两个方面进行综述．