电动式主动吸振技术研究

　　作为振动控制领域的重要问题之一,主动式动力吸振器近年来发展迅速[1]。被动式动力吸振器有效吸振频带狭窄,且不可调节,而主动式动力吸振器可以根据主振系统状态,自动调节结构参数及其振动状态,实现宽频带吸频,从而大大拓宽了动力吸振器的使用范围,提高减振效果。

　　本文研制了一种电动式主动吸振执行机构,设计了自适应控制器,建立了相应的测试控制系统,从而形成了电动式主动吸振装置。仿真及试验研究结果表明:该装置具有良好的振动控制效果,而且工程布置灵活,是一种具有广泛应用前景的新型主动减振装置。

　　1　电动式主动吸振装置及工作原理

　　1.1　电动式主动吸振器结构

　　主动吸振器结构如图1所示。由顶杆1、固定架2、悬挂弹簧3、直线轴承4、磁钢5、线圈6、磁极环7和外壳8构成。其中磁钢为导磁性材料,磁极环为永久磁性材料,外壳为非导磁材料。线圈、顶杆与固定架一体与减振对象固连;外壳、磁钢及磁极环一体构成吸振器的动质量;固定架与动质量(减振对象与动质量)之间由弹簧连接,悬挂频率较低,该频率决定吸振器有效频带的下限,本吸振器的下限频率为10Hz。当线圈通有电流,产生的电动力作用和反作用力分别作用在吸振对象和动质量上。控制电流大小,便可调节施力大小以达到控制吸振对象振动目的。

　　1.2　电动式主动吸振装置及工作原理[2]

　　主动吸振装置如图2所示:f为模拟柴油机激振力;m1为模拟的减振对象(柴油机,为双层隔振系统的上层质量块),m2为双层隔振系统的下层质量块,两者通过减振器相连,减振器的刚度和阻尼分别为k1、c1。连接下层质量与地基的减振器,刚度和阻尼分别为k2、c2;m3、k3、c3和力发生器G是主动吸振器的简化模型。在这里,它作为一子系统和下层质量块m2相连,它的力发生器G产生的控制力f1分别作用于m2和m3。方程如式(1)

　　控制系统不断地调整f1来减小激振力f传到地基上的值。减小m2的振动加速度,也就相当于减小传到地基上的激振力。因此,这里将m2的加速度信号定为评价指标,并作为误差信号加以反馈来调整控制器的参数。

　　2　基于MLMS算法的自适应控制器设计

　　在实际控制过程中,由于输入通道的耦合与误差通道的延迟问题,使得标准的LMS算法[3]应用很困难。

　　2.1　输入通道的耦合问题与去耦滤波器

　　对于主动吸振系统而言,控制作用在降低减振对象m2振动的同时,也会对m1的振动产生影响。使得输入通道传感器拾取的振动信号x1(t)是由外激励力和控制力共同作用的结果。设系统没有施加控制力时m1振动响应为x(t),施加控制力后m1响应为x1(t),控制力对m1耦合作用响应为xf(t),则有