输流管作为物质和能量传输、交换系统中必不可少的基础结构被广泛地应用于现代工业领域,工程实际中复杂的应用环境及使用需求使得输流管系统不可避免的产生过量振动。针对这一问题,涌现了大量基于输流管动力学模型的振动控制方法,就已存在方法而言,基于非线性能量阱的被动振动控制器以其宽频、自适应、高可靠性与良好的控制性能受到了广泛关注和研究。然而,非线性能量阱的非线性特性及其与输流管系统之间复杂的耦合,使其振动控制有效性的验证一直依赖数值方法缺乏必要的理论支撑。为此,基于能量扰动分析理论提出了一种全局稳定性分析方法用于研究非线性能量阱的振动控制有效性,该方法对于分析诸如轴向运动梁等类似系统的稳定性具有重要的理论价值和指导意义。此外,较大的结构质量与自由端的振荡等问题,限制了非线性能量阱在工程实际中的应用并严重影响其振动控制性能。因此,减小非线性能量阱的结构质量、消除其自由端,并提升其振动控制性能具有较强的研究意义与应用价值。本文的主要工作总结为如下三部分:针对输流管—非线性能量阱这类非线性系统,通过Galerkin方法和系统的势能函数将偏微分形式的系统模型近似为包含梯度信息的常微分模型。基于该常微分模型和能量扰动分析理论,分析了输流管—非线性能量阱系统在李雅普诺夫意义下的全局指数稳定性。最后,设计和搭建了输流管位移实验平台对所提方法进行了验证。针对工程实际中控制器的结构质量和使用空间受限问题,基于非线性能量阱提出了两个不同的解决方案:平行非线性能量阱和惯容器增强非线性能量阱。其中,前者用以减小控制器的结构质量、改善较高流速下的控制性能和提升控制器的鲁棒性;后者的目的是消除非线性能量阱的自由端、控制高亚临界流速时输流管的振动并进一步减小控制器的结构质量。基于所提稳定性分析方法,对所设计的控制器的振动控制有效性和优势进行了分析和讨论,并利用所建立的能量泛函的凸特性对控制器的结构质量和非线性刚度进行了优化。针对参数对输流管系统特性的影响,以及动力学系统模态频率和模态幅值的本质特性,提出了一种基于幅频曲线的输流管系统参数灵敏性分析方法。该方法包含以下几步:首先使用Galerkin方法将谐波载荷下输流管系统的高阶偏微分模型近似为常微分模型,然后通过谐波平衡法和矩阵分析技术得到系统的幅频曲线。最后,利用幅频曲线的解析解分析了不同数值下输流管系统的幅频特性,得到了输流管系统的参数灵敏性,结果表明无量纲流速的变化使输流管系统的模态频率发生显著改变从而影响控制器性能。