[发明专利]一种能量收集型减振器的优化设计方法

权利要求书

1.一种能量收集型减振器的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立能量收集型减振器的动态模型，并将其转换成时域标准形式；

(2)将步骤(1)建立的时域标准形式模型变换至频域，并画出减振和能量收集的性能图；

(3)根据步骤(2)获得的性能图，设计最优参数；

(4)通过仿真确认步骤(3)获得的最优设计参数是否满足性能要求，若不满足则返回步骤(2)，重新开展优化设计。

2.根据权利要求1所述的能量收集型减振器的优化设计方法，其特征在于，所述步骤(1)的实现过程如下：

减振器即由主结构和减振结构构成，其中主结构为减振器固有参数，减振结构为待设计参数，建立能量收集型减振器的动态模型，并转换成标准形式如下：

其中，m₁,k₁和c₁为减振器主结构参数，分别为主结构的质量、刚度系数和阻尼系数；m₂,k₂和c₂为减振结构参数，分别为为减振结构的质量、刚度系数和阻尼系数；x₁(t)、和为主结构位移、速度和加速度；x₂(t)、和为减振结构位移、速度和加速度；式中x(t)＝x₁(t)-x₂(t)为主结构和减振结构的相对位移，为主结构和减振结构的相对加速度；为外界振动力；u(t)＝kx(t)，k即为待设计的最优参数。

3.根据权利要求1所述的能量收集型减振器的优化设计方法，其特征在于，所述步骤(2)的实现过程如下：

其中，ω为频率；X(jω)、X₁(jω)和U(jω)为x(t)、x₁(t)和u(t)的傅里叶变换；且D(jω)＝ω²Y(jω)，Y(jω)为y(t)的傅里叶变换；det(G)有如下形式：

det(G)＝(k₁-m₁ω²+jc₁ω)(k₂-m₂ω²+jc₂ω)-(k₂+jc₂ω)m₂ω²

画出减振和能量收集的性能图：复平面上做圆，分别称为α-circle和β-circle，其中α-circle以(-1,0)为圆心、单位长度为半径；β-circle以(-R(jω))为圆心、以|R(jω)|为半径，其中变量R(jω)定义如下：

4.根据权利要求1所述的能量收集型减振器的优化设计方法，其特征在于，所述步骤(3)实现过程如下：

圆心(-R(jω))在α-circle圆外，则最优参数k为：

则主结构完全减振而能量收集相对最大振幅|1-R(jω)|。

5.根据权利要求1所述的能量收集型减振器的优化设计方法，其特征在于，所述步骤(4)的实现过程如下：

圆心(-R(jω))在α-circle圆内，则步骤(1)至(3)的设计将会导致能量收集相对最大振幅降低，则须重新设计以使得将圆心(-R(jω))移至α-circle圆外。