双弹簧磁流变减振器半主动控制策略研究

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精密设备在工作过程中极易受到环境振动的影响,随着振动的强弱不同,设备面临着不同程度的危害,或是工作精度失去保障,或是设备结构遭受损坏。因此,为了确保精密设备能够在振动环境下正常有序地工作,必须对设备提供有效的减振措施,优化减振效果,尽可能地降低振动响应。现有的设备振动控制方法以被动控制为主,具有易于实现、稳定性好的优点,但缺点在于难以适应多变的振动环境。半主动振动控制方法根据事先设定的控制策略调节结构参数的变化,能更好地在振幅、频率变化的情况下实现减振。针对精密设备隔振这一应用场景,本文提出了一种双弹簧磁流变减振器半主动控制方法,具体工作包括:建立了双弹簧磁流变减振器的动力学模型,推导了模型中传递函数的表达式,通过数值仿真研究了不同参数对减振性能的影响。对双弹簧磁流变减振器实物进行了力学性能测试,试验结果表明可以通过分别改变内筒阻尼器和外筒阻尼器的输入电流达到调节结构整体阻尼系数和刚度系数的效果。提出将鸟类头部的防抖现象应用于振动控制领域的构想,用高速相机配合标志点检测算法模拟鸟头防抖系统中的视觉系统,通过检测动态测试过程中标志点的相对运动轨迹获得振动台的振动信息,作为减振控制系统的输入信息。搭建试验平台对比了该构想中圆形标志点和十字形标志点的检测结果,最终选用圆形标志点应用于本文提出的视觉引导的双弹簧磁流变减振器半主动控制系统。建立了双弹簧磁流变减振器的正向模型、逆向模型和状态空间模型,搭建应用于本课题的半主动控制系统。采用视觉检测系统得到的振动位移信息作为控制系统中的输入量,设计了PID控制器调节减振器的输入电流,使减振器输出适应当前振动环境的阻尼力。利用MATLAB/SIMULINK对控制系统进行仿真分析,随后搭建试验平台测试,取得了明显优于被动控制系统的减振效果,验证了控制策略的有效性。
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