主动隔振系统中控制力对结构参数的影响

　　前言

　　航空航天、船舰和精密仪表等领域对隔振技术的苛刻要求,以及近几年来力学、计算机,控制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研究的热点,受到了中外学者的普遍重视,各种控制方法和控制策略不断涌现[1,2]。

　　在柔性隔振实践中,柔性基础本身具有复杂的动力学特性,并且和支承、机器存在较强的耦合作用,从而使柔性隔振成为主动隔振研究的难点之一。对于FBRE(Flexible Base andRigid Equipment)隔振系统,Pan和Hansen等曾做过研究,探讨了优化控制策略下,系统功率流的传递特性[3]。在通常的主动隔振研究中,主动隔振一般是和被动隔振相联系的,并且在已有的文献中,也常常采用主动和被动隔振相结合的形式,这样可以发挥主动和被动控制各自的优势,实现技术上的互补[4]。把主动控制中控制力进行合理地模型化处理,并把它的作用归结到传统的被动隔振的领域进行分析,便于理解振动能量在主动控制系统中的传递规律和实质,具有重要意义。

　　本文基于FBRE主动隔振模型,用功率流的观点,对主动隔振系统的传递特性进行了研究,把作动器的控制力模型化为阻抗,和被动隔振器并联。在多种控制策略下,探讨各个反馈增益对主动隔振系统的结构参数的影响。

　　1 FBRE系统的主动隔振模型

　　图1为FBRE隔振系统的基本模型,支承为被动隔振器与作动器并联,作动器位于被动隔振器的内部,被动隔振器为柔性的隔振弹簧。作动器只产生轴向上的控制力,控制力由支承两端的反馈信号和控制律给出,作用在隔振器两端,等值反向。当作动器的控制力为零时,主被动联合控制就退化为被动控制,所以该模型比较合理地综合了主被动控制两种因素,便于运用被动隔振已有的研究成果研究主被动联合隔振。图2是图1基础上的各个子系统的动力传递的详细分解,FBRE系统具有刚性机器A、并联支承B和柔性基础C三个子系统,机器和基础都分别受到柔性弹簧支承力和作动器控制力的作用。

　　2 功率流目标函数的推导

　　根据导纳理论,用导纳描述的机器的动态特性方程为

　　图1中的隔振元件由被动隔振器和作动器并联而成,故对它们要分别加以考虑。用四端参数来描述隔振器

　　同样对于多个扰动的简支柔性板式基础,利用传递导纳理论推求的导纳矩阵为

　　3 控制力对结构参数的影响

　　采用PID控制策略,有

　　用计算机对主动控制系统的功率流传递谱进行仿真,为便于观察规律和简化复杂计算,设备为双支承。这时,单位激励下输入到基础板的功率流传递谱为