本發(fā)明涉及測試振動控制，尤其是一種變剛度變阻尼組合式動力吸振器控制方法。
背景技術：
：動力吸振器自從Frahm發(fā)明以來，引起眾多學者和研究人員的關注，現(xiàn)已成為振動控制的有效裝置。傳統(tǒng)動力吸振器屬于被動型動力吸振器，如圖1所示，結構簡單、造價低，減振效果好，但是其自身參數(shù)一經(jīng)設計將不可改變，固有頻率和阻尼不可調(diào)節(jié)，有效減振頻帶較窄。針對傳統(tǒng)動力吸振器有效減振頻帶過窄的缺點，研究人員提出了眾多類型的自適應動力吸振器，如變剛度動力吸振器，變質(zhì)量動力吸振器，變阻尼動力吸振器、變剛度變質(zhì)量復合型動力吸振器、變剛度變阻尼組合式動力吸振器等類型，變剛度變阻尼組合式動力吸振器如圖2所示。針對以上類型的動力吸振器研究人員提出了各種控制方法，但仍未有適用于變剛度變阻尼組合式動力吸振器的控制方法。技術實現(xiàn)要素：發(fā)明目的：針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明旨在提供一種適用于變剛度變阻尼組合式動力吸振器的控制方法，在外界激振力變化的情況下，通過對吸振器剛度和阻尼的調(diào)節(jié)，使變剛度變阻尼組合式動力吸振器達到較好的減振效果。技術方案：一種變剛度變阻尼組合式動力吸振器控制方法，首先判斷主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵還是多頻激勵，然后分類實施控制策略：如果主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵，激勵頻率為ω，則控制器一方面控制吸振器剛度k2按照以下控制原則變化：其中，k2min為吸振器可變剛度的最小值，k2max為吸振器可變剛度的最大值，m2為吸振器的質(zhì)量，為吸振器固有頻率最小值，為吸振器固有頻率最大值；同時控制阻尼器阻尼為可變阻尼器的最大值cmax，當變剛度結束之后控制阻尼器阻尼為可變阻尼器的最小值cmin；如果主系統(tǒng)所受激勵為多頻激勵，則控制吸振器剛度為吸振器最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)下的剛度值k2opt，并控制阻尼器阻尼為吸振器最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)時的最優(yōu)阻尼copt。優(yōu)選的，所述判斷主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵還是多頻激勵具體為：在激勵源上設置用于測量激勵信號的振動傳感器，對振動傳感器采集的振動信號進行快速傅里葉變換，計算出主系統(tǒng)所受激勵的頻率響應函數(shù)，再根據(jù)頻率響應函數(shù)判斷主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵還是多頻激勵。優(yōu)選的，所述振動傳感器選用位移傳感器、速度傳感器或者加速度傳感器中的任意一種。優(yōu)選的，所述吸振器可變剛度的最小值k2min和吸振器可變剛度的最大值k2max滿足k2min＜k2opt＜k2max，其中k2opt滿足：其中，γopt為吸振器的最優(yōu)同調(diào)頻率比，μ為動力吸振器與主系統(tǒng)的質(zhì)量比，k1為主系統(tǒng)的剛度。優(yōu)選的，動力吸振器與主系統(tǒng)的質(zhì)量比其中：m1為主系統(tǒng)的質(zhì)量。優(yōu)選的，所述吸振器的最優(yōu)同調(diào)頻率比γopt滿足優(yōu)選的，所述吸振器最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)時的最優(yōu)阻尼copt滿足：其中，μ為動力吸振器與主系統(tǒng)的質(zhì)量比，k1為主系統(tǒng)的剛度。優(yōu)選的，所述可變阻尼器的最大值cmax和可變阻尼器的最小值cmin滿足：有益效果：(1)本發(fā)明提供了一種變剛度變阻尼組合式動力吸振器控制方法，通過對吸振器剛度和阻尼的調(diào)節(jié)，可以針對單頻激勵和多頻激勵實施分類控制，針對單頻激勵情況，本發(fā)明調(diào)節(jié)吸振器剛度和阻尼，使主系統(tǒng)能夠在一定頻帶內(nèi)得到有效控制；針對多頻激勵情況，本發(fā)明調(diào)節(jié)吸振器剛度和阻尼，使吸振器成為傳統(tǒng)動力吸振器，該傳統(tǒng)動力吸振器可以實時修正剛度和阻尼參數(shù)，使其始終保持最佳調(diào)諧頻率和最優(yōu)阻尼比,從而對主系統(tǒng)振動實施有效控制。(2)針對單頻激勵，本發(fā)明變剛度變阻尼組合式動力吸振器控制方法可以有效抑制剛度變化初期主系統(tǒng)的振動。(3)針對多頻激勵情況，本發(fā)明控制方法使變剛度變阻尼組合式動力吸振器變?yōu)閭鹘y(tǒng)動力吸振器，本發(fā)明控制方法能夠?qū)崟r監(jiān)控傳統(tǒng)動力吸振器參數(shù)因長時間工作而引起的變化，并能夠?qū)ζ溥M行修正，使傳統(tǒng)吸振器始終保持最佳的設計參數(shù)。(4)本發(fā)明控制方法簡單，易于實現(xiàn)，針對單頻激勵和多頻激勵均能實施有效控制，聯(lián)合了傳統(tǒng)動力吸振器和自適應動力吸振器的優(yōu)點。(5)本發(fā)明控制方法耗能少，只需提供改變剛度單元和阻尼單元的能量，大幅降低了主動控制所需的能量。附圖說明圖1是傳統(tǒng)動力吸振器振動模型圖；圖2是變剛度變阻尼組合式動力吸振器振動模型圖；圖3是應用本發(fā)明控制方法所得主系統(tǒng)加速度響應圖；圖4是變剛度動力吸振器的主系統(tǒng)加速度響應圖；圖5是傳統(tǒng)動力吸振器的主系統(tǒng)加速度響應圖；圖6是傳統(tǒng)動力吸振器參數(shù)改變后主系統(tǒng)加速度響應圖。具體實施方式下面通過一個實施例并結合附圖對本技術方案進行詳細說明。本實施例根據(jù)可變剛度單元和可變阻尼器的選取原則，選用磁流變彈性體作為變剛度單元，磁流變液阻尼器作為可變阻尼器，選取的主系統(tǒng)和變剛度變阻尼組合式動力吸振器參數(shù)(參數(shù)歸一化后)如下表所示：表1變剛度變阻尼組合式動力吸振器主系統(tǒng)參數(shù)主系統(tǒng)參數(shù)參數(shù)值m11k1400表2變剛度變阻尼組合式動力吸振器吸振器參數(shù)組合式吸振器參數(shù)參數(shù)值m20.1k2max60k2min30cmax1cmin0.1(1)確定動力吸振器與主系統(tǒng)的質(zhì)量比μ：式中：m1為主系統(tǒng)的質(zhì)量，m2為吸振器的質(zhì)量；(2)根據(jù)動力吸振器與主系統(tǒng)的質(zhì)量比μ確定吸振器的最優(yōu)同調(diào)頻率比γopt，最優(yōu)同調(diào)頻率比即吸振器設計理論中不動點等高時，吸振器固有頻率與主系統(tǒng)固有頻率之比：(3)根據(jù)最優(yōu)同調(diào)頻率比γopt和主系統(tǒng)的剛度k1，確定吸振器最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)下的剛度值k2opt：(4)選取可變剛度單元，選取原則：可變剛度單元的變化范圍越大越好，即最小剛度k2min和最大剛度k2max需滿足以下條件：k2min＜k2opt＜k2max式中：k2min為吸振器可變剛度最小值，k2max為吸振器可變剛度最大值；本系統(tǒng)選取的可變剛度單元的最大可變剛度k2max為60，最小可變剛度k2min為30；(5)根據(jù)吸振器可變剛度的最小值k2min與最大值k2max，確定吸振器固有頻率ω2n的變化范圍：本實施例中吸振器固有頻率ω2n的變化范圍為(6)根據(jù)質(zhì)量比μ確定吸振器最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)時的最優(yōu)阻尼copt：(7)選取可變阻尼器，選取原則：可變阻尼器的最小阻尼cmin越小越好，即可變阻尼器的最小值cmin和可變阻尼器的最大值cmax滿足以下條件：本實施例中選取的磁流變液阻尼器的最小阻尼cmin為0.1，最大阻尼cmax為1；(8)在激勵源上設置用于測量激勵信號的振動傳感器，所述振動傳感器為位移傳感器、速度傳感器或者加速度傳感器中的任意一種；(9)對步驟(8)中振動傳感器采集的振動信號進行快速傅里葉變換，計算出主系統(tǒng)所受激勵的頻率響應函數(shù)；(10)根據(jù)步驟(9)計算的頻率響應函數(shù)判斷主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵還是多頻激勵，分類實施控制策略：如果主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵，激勵頻率為ω，則控制器一方面控制吸振器剛度k2按照以下控制原則變化：同時控制阻尼器阻尼為最大值cmax，當變剛度結束之后控制阻尼器阻尼為最小值為吸振器固有頻率ω2n的最小值，為吸振器固有頻率ω2n的最大值；如果主系統(tǒng)所受激勵為多頻激勵，所述多頻激勵即為包含兩個及兩個以上頻率的激勵，或連續(xù)頻率激勵或隨機激勵，則控制吸振器剛度為k2opt，并控制器控制阻尼器阻尼為最優(yōu)阻尼copt。即根據(jù)控制策略，具體的控制方法將根據(jù)激勵類型進行分類控制：(a)主系統(tǒng)所受激勵為單頻激勵時，剛度分三種情況變化，第一種情況激勵頻率小于吸振器固有頻率ω2n的最小值時，吸振器剛度取最大值k2max；第二種情況激勵頻率位于吸振器固有頻率ω2n變化區(qū)間內(nèi)時，吸振器剛度為m2ω2，使吸振器處于調(diào)諧狀態(tài)；第三種情況激勵頻率大于吸振器固有頻率ω2n的最大值時，吸振器剛度取最小值k2min，同時控制吸振器阻尼取最大值cmax，當變剛度結束之后控制吸振器阻尼為最小值cmin。(b)主系統(tǒng)所受激勵為多頻激勵時，控制吸振器剛度取最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)下的剛度值k2opt，阻尼取最優(yōu)阻尼copt。本實施例中，系統(tǒng)參數(shù)如表1和表2所示。主系統(tǒng)前200s所受的外界激振力為第200s至400s所受的外界激振力為本實施例中，判斷主系統(tǒng)所受激勵在前200s為單頻激勵，激勵頻率為則在前200s內(nèi)首先控制吸振器剛度按照以下控制原則變化：此時，應控制剛度為30，同時控制吸振器阻尼為最大值1，剛度變化結束之后控制吸振器阻尼為最小值0.1；在200s到400s范圍為多頻激勵，激勵頻率為和22，則在200s到400s之間控制吸振器剛度和阻尼分別為最優(yōu)同調(diào)狀態(tài)下剛度值和最優(yōu)阻尼下面通過主系統(tǒng)振動的時域信號對本發(fā)明所述控制方法的實施效果進行說明。應用本發(fā)明所述的控制方法，對吸振器剛度和阻尼分別進行控制，所得結果如圖3所示(其中剛度變化在5s內(nèi)完成)。利用傳統(tǒng)動力吸振器，所測試的結果如圖4所示。利用變剛度動力吸振器，所測試的結果如圖5所示(其中剛度變化在5s內(nèi)完成)。對比圖3、圖4和圖5可得，應用本發(fā)明所述控制方法對吸振器剛度和阻尼進行控制，與傳統(tǒng)動力吸振器和變剛度動力吸振器相比，具有以下特點：(A)在前200s應用本發(fā)明，與傳統(tǒng)動力吸振器相比，主系統(tǒng)振幅峰值下降了83.12％，與變剛度動力吸振器相比，在最初控制時的最大振幅值下降了56.8％；(B)在第200s至400s之間應用本發(fā)明，主系統(tǒng)振幅峰值與傳統(tǒng)動力吸振器相同，但比使用變剛度動力吸振器時下降了67.57％；(C)本發(fā)明控制方法不但兼具了傳統(tǒng)動力吸振器和變剛度動力吸振器兩者的減振性能，而且在最初控制時，比變剛度動力吸振器的減振效果好。值得指出的是，用于控制多頻激勵的傳統(tǒng)動力吸振器因長時間工作可能引起參數(shù)的改變，進而影響其減振性能。傳統(tǒng)動力吸振器因長時間工作引起吸振器剛度和阻尼輕微改變后的主系統(tǒng)加速度響應如圖6所示。對比圖5與圖6可見，在前200s，參數(shù)變化引起主系統(tǒng)加速度響應上升了25.64％，在200s到400s之間，加速度響應上升了5.8％。本發(fā)明所述控制方法，可以控制吸振器因長時間工作而造成參數(shù)偏離最優(yōu)設計參數(shù)，當吸振器參數(shù)偏離最優(yōu)設計參數(shù)時，本發(fā)明專利控制剛度和阻尼，使其等于最優(yōu)設計參數(shù)，從而提高傳統(tǒng)動力吸振器的有效減振性能。以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出：對于本
技術領域：
的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。當前第1頁1 2 3