基于实时频率识别的动力吸振器的振动控制及参数优化

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  传统动力吸振器是一种常用于结构振动控制的减振装置,其主要由弹簧、质量和阻尼元件组成。当其频率与受控结构的自振频率相吻合时,其可以起到较好的减振效果。然而,在长期使用过程中,受控结构会出现频率“漂移”现象,传统动力吸振器的减振效果被严重削弱。为此,提出一种基于磁流变弹性体的新型调频动力吸振器装置。磁流变弹性体(Magnetorheologicalelastomer,简称MRE)是一种新型磁流变智能材料,其剪切模量可在外加磁场作用下发生变化,从而改变动力吸振器的刚度,进而可调节调频动力吸振器的电流,实时控制受控结构的振动响应。这对于改善传统动力吸振器的缺陷具有重要意义。
  本文对磁流变弹性体及动力吸振器的研究现状和应用进行论述,介绍了磁流变弹性体相关理论,详细论述了基于DenHartog定点理论的传统动力吸振器最优设计方法及影响其减振性能的关键因素。
  采用基于傅里叶变换(FFT)的希尔伯特-黄变换(HHT)和自然激励技术(NExT)相结合的方法对主结构固有频率进行识别,并提出了受控结构实时频率识别方法,随后建立基于Simulink的实时频率识别模型,以一人行桥为例,验证了该方法在理论上的有效性。
  通过研究磁流变弹性体物理特性及调频动力吸振器的特性,确定调频动力吸振器结构及参数,并提出了调频动力吸振器对固支钢梁频率的实时跟踪流程。通过变化质量来改变受控结构的自振频率,在不同数量质量块下,完成了基于实时频率识别的调频动力吸振器对固支钢梁的竖向振动控制试验。结果表明:在固支钢梁频率发生改变的情况下,与传统动力吸振器相比,调频动力吸振器依旧能够保持较好的控制效果。同时,通过试验也验证了实时频率识别方法的正确性。
  基于LQR主动控制算法,提出最优动力吸振器的理论公式,比较基于DenHartog定点理论和基于LQR控制算法设计的最优动力吸振器在矩形脉冲激励和正弦激励作用下的减振控制效果。仿真结果表明:基于LQR控制算法的两种最优动力吸振器(基于位移和加速度响应)具有相似的性能,且比基于DenHartog定点理论的效果稍好。
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