一类复杂系统的功率流传递特性及其主动控制

　　引 言

　　被动隔振以其结构简单、工作可靠,在振动隔离中起着重要作用,而现代军事、航空航天和精密仪表等技术的飞速发展,对隔振的要求越来越荷刻,被动隔振已达到了它的技术极限。主动隔振技术具有极强的适应性和易调节性,可动态修改系统的结构参数,从而可以突破被动隔振的这一极限,实现高水平的振动控制。近几年来,随着力学、计算机技术,控制技术以及材料等相关科学的进步,使主动隔振技术成为振动隔离的热点和发展方向,受到了中外学者的普遍重视[1,2]。但是,目前仅限于对简单的试件进行可行性实验研究,探索其实现的可能性,对于柔性耦合结构的主动隔振研究则刚刚起步,主动隔振系统的理论和技术发展还远远没有成熟[3,4]。Blackwood和Snowdon把柔性基础简化为受到扰动的刚性地基[5];对于主动柔性隔振系统,Pan Jie和Hansen把作动器抽象为一个独立的控制力,没有考虑基础、设备与隔振元件之间的耦合特性[6]。

　　目前,主动隔振理论的研究主要分为两方面:振动在主动隔振系统中的传递机理和各种控制策略的研究,鉴于此,建立一种综合考虑被动与主动控制模式两方面因素的,复杂隔振系统的一般动力学模型,是非常有意义的。

　　本文针对工程实际中的设备上楼问题,充分注意到基础的柔性,考虑了主动隔振系统中设备、隔振器、作动器和柔性基础的耦合作用,用有效导纳描述作动器的控制力,在动态分析中采用子结构导纳综合法,推求主被动隔振的统一的功率流传递控制式。最后,通过计算机仿真,探讨了基于PID等控制方法的主动控制策略。

　　1 系统的主动隔振模型

　　为更接近工程实际,主动控制系统的基础用四端简支的柔性薄板来建模,设备为刚体。安装在设备(或基础)上的传感器拾取设备(或基础)上的振动信号,反馈给控制器。控制器按照预定的控制律,向主动作动器发出动作指令,控制主动作动器的动力学行为,产生与设备(或基础)振动方向(或相位)相反的复杂控制力,从而达到主动抑制设备(或基础)振动的目的。主动隔振系统模型如图1示。被动隔振器是环形的隔振橡胶,作动器在环形被动隔振器的内部,与被动隔振器形成并联。

　　2 功率流传递特性分析

　　图2表明了主动隔振系统中各子系统的动力传递关系,A为设备,B为隔振元件,C则代表基础。隔振元件产生的力矢量FB包括被动隔振元件的变形力FBP分量和作动器产生的主动控制力FBa分量。为使推得的控制式具有一般性,以下的推导都是基于多激励和多支承。在动态仿真中,为简化复杂的计算,则采用双支承和单激励。