动力吸振器

分类号:U27;U4610710-2009122042硕士学位论文变质量动力吸振器及其控制策略研究房祥波导师姓名职称高强教授申请学位级别工学硕士学科专业名称车辆工程论文提交日期年月日论文答辩日期年月日学位授予单位长安大学StudyofTunedVibrationAbsorberBasedonVariableMassandIt’sControlStrategyADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:FangXiangboSupervisor:Prof.GaoQiangChang’anUniversity,Xi’an,China论文独创性声明本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名：年月日论文知识产权权属声明本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。（保密的论文在解密后应遵守此规定）论文作者签名：年月日导师签名：年月日i摘要自适应动力吸振器是振动控制领域的研究热点，其通过调整自身参数改变固有频率，以跟踪外界激励频率，从而在较大的带宽上减小主系统振动，克服了传统动力吸振器有效带宽过窄的缺点。与当前常用的通过改变刚度调整自身固有频率的方法不同，本论文提出了一种新的基于变质量调谐的吸振器—变质量动力吸振器，通过在传统吸振器中引入一个液体箱作为变质量单元，改变其中液体体积，就可以改变吸振器质量及固有频率，从而获得较大的有效带宽。本论文研究内容如下：（1）在研究二自由度系统振动理论的基础上，研究了传统动力吸振器基本原理，包括定点设计理论及吸振器参数优化理论，并通过仿真分析了参数变化对吸振器减振效果的影响。（2）提出了新型变质量动力吸振器，研究了变质量动力吸振器工作原理，建立了动力学模型及运动微分方程。根据运动微分方程，建立了Simulink仿真模型，对变质量动力吸振器减振性能进行仿真研究，分析了其有效带宽。（3）搭建实验系统，对变质量动力吸振器减振性能进行了实验研究。选择一个玻璃瓶作为变质量单元，通过改变玻璃瓶内水的体积改变吸振器质量及固有频率，以实现对外界激振频率的追踪，从而达到最优减振效果。实验结果表明，随着质量的变化，吸振器可以在8.125Hz~9.297Hz范围内使主系统振动减小约14dB，说明相对于传统动力吸振器，所设计的吸振器能够获得较大的有效带宽。（4）为解决使用吸振器后，主系统频率响应出现新的共振峰，从而可能增大主系统振动的缺点，提出了一种新的基于规则的变质量动力吸振器控制策略。通过仿真和实验研究了所提控制策略的减振效果。结果表明，使用新控制策略后，吸振器不仅能够在较宽的频带上明显减小主系统振动，而且能够有效防止主系统出现共振，因而具有重要的工程应用价值。关键词：振动控制，动力吸振器，自适应动力吸振器，变质量动力吸振器，吸振器控制iiAbstractVibrationisacommonphenomenoninnatureandourlife,butinmostcasesitisharmful,soitissignificancetodoresearchonvibrationcontroltechnologieswhichcansuppressvibrationandreducetheharmfuleffectvibrationcauses.Therearemanykindsofmethodstoreducevibration,acommonlyusedmethodamongwhichistunedvibrationabsorbers(TVAs).TVA,especiallyadaptivetunedvibrationabsorbers(ATVAs),arewidelyusednotonlybecausetheyareeasetoimplementbutalsobecausetheyworkeffectively.AnewkindofATVAbasedonvariablemass(VM)isstudiedinthispaper,whichcantrackthefrequencyofexcitingforcebychangingthemassofabsorbertotuneitsnaturalfrequency.TheVMATVAissemi-active.OperationprincipleoftraditionalTVAisstudied,designtheoryandoptimizationofTVAparametersarediscussedbasedontheoryofvibrationsystemwithtwodegreesoffreedom.ThenewVMTVAisproposedanditsworkingprincipleisstudied,alsoanimplementationschemeisproposed.InordertostudytheperformanceofVMTVA,anumericalsimulationismadeaccordingtothedynamicdifferentialequationofVMTVA,alsosomeexperimentsareimplementedtotesttheperformance.ThereisdisadvantagewhenusingTVA,i.e.usingtheabsorbercanresultintheresonanceoftheprimarysystem.anovelcontrolstrategybasedonVMATVAtoreducetheresonanceoftheprimarysystemissuggested.TheresultsofsimulationandexperimentsshowthatVMTVAcaneffectivelysuppressthevibrationoftheprimarysystemacrossawiderfrequencyrange.Theresonanceoftheprimarysystemcanbesuppressedwhenthemassofabsorberischangedaccordingtothestrategy.TheVMTVA,whichissimpleandeasytocontrol,canbeusedinvariousfields,suchastransportation,machinerymanufacturing,andbuildings.It’spopularizationwillbevaluableforsociety.Keywords:vibrationcontrol;variablemasstunedvibrationabsorber;resonancereductioniii目录第一章绪论................................................................................................................11.1振动控制技术研究的意义............................................................................11.2振动控制技术分类及特点............................................................................21.2.1按控制手段分类..................................................................................21.2.2按振动控制是否需要外部能量分类..................................................31.3动力吸振技术的发展现状............................................................................51.3.1动力吸振器分类..................................................................................51.3.2被动式动力吸振器..............................................................................61.3.3自适应动力吸振器..............................................................................91.3.4主动式动力吸振..................................................................................81.4本文的课题来源和主要内容......................................................................131.4.1课题来源............................................................................................131.4.2主要内容............................................................................................13第二章动力吸振器的基本原理..............................................................................152.1引言..............................................................................................................152.2二自由度系统振动......................................................................................152.2.1系统运动微分方程............................................................................152.2.2自由振动............................................................................................162.2.3强迫振动............................................................................................202.3动力吸振器基本原理................................................................................222.4动力吸振器设计理论及参数优化.