[发明专利]基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振器及方法

权利要求书

1.一种基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振器，其特征在于，包括主系统、质量块、非线性能量阱单元和时滞反馈控制单元，非线性能量阱单元和时滞反馈控制单元设置在主系统和质量块之间，非线性能量阱单元包括第一阻尼元件和两个线性弹簧，第一阻尼元件两端分别连接主系统和质量块，两个线性弹簧呈八字形摆设，两个线性弹簧的上端固定在质量块上，两个线性弹簧下端固定在主系统上，两个线性弹簧共同构成非线性立方刚度弹簧；所述时滞反馈控制单元包括弹簧、第二阻尼元件和驱动器，弹簧、第二阻尼元件的两端均分别连接主系统和质量块，驱动器与质量块连接，主系统上设有振动传感器。

2.一种根据权利要求1所述的混合式动力吸振器的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：对主系统的振动状态进行判断，若主系统需要对多阶模态进行控制，则直接进入步骤三；若主系统需要控制某一固定阶模态，则继续判断主系统的振动是否超过预设的振动阈值，若超过，则进入步骤三，若没有超过，则进入步骤二；

步骤二：采用非线性能量阱单元对主系统实现被动控制；

步骤三：非线性能量阱单元的被动控制与时滞反馈控制单元的主动控制联合工作，实现混合控制。

3.根据权利要求2所述的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，其特征在于：所述步骤二中，非线性能量阱单元中，线性弹簧刚度系数为k，线性弹簧与水平直线夹角为α，质量块到线性弹簧底端的水平距离l，质量块到线性弹簧底端的垂直距离u，非线性能量阱单元提供的非线性恢复力F(u)近似表达为：

式中O(u⁵)表示的是高阶项。

4.根据权利要求3所述的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，其特征在于：所述步骤三中，时滞反馈控制单元为基于时滞反馈控制策略算法下提供最优控制参数，采用主动质量阻尼器构建，通过步进电机给质量提供主动控制力，其中时滞反馈最优控制参数计算，通过求解非线性振动幅频方程获得振幅峰值，以此为约束条件，以衰减率为目标函数，利用最优化原理确定最佳控制参数，时滞值取τ＝(2k′π+π/2),(k′＝0,1,2,3,…)；

s.t. μ_n≤0 (3)

k₁＝0 (4)

式中：R为衰减率控制范围参数；q表示主系统的位移，k_dn为位移反馈控制增益，τ是时滞值，μ_n是主系统的线性阻尼系数，σ表示调谐参数，ω为外激励频率，c是非线性能量阱单元的阻尼系数，ω_n是主系统的固有频率；μ_e、k₁、σ_e、k₂均为中间变量，μ_e＝μ_n-k_dnsinω_nτ，

式(3)～式(5)保证系统的非零解为渐进稳定的；式(6)为振动峰值的取值条件；式(7)为衰减率的约束条件；通过引进调节参数，根据具体工程要求设置衰减率数值，并求出与其相匹配的最优控制参数。

5.根据权利要求4所述的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，其特征在于：所述步骤三中，考虑阻尼和非线性刚度，采用谐波平衡法和多尺度法研究混合控制的动力学行为，在双频简谐激励下，动力学方程为：

式中y表示非线性能量阱单元的位移，其中分别表示q,y对时间t的一次导数，别表示q,y对时间t的二次导数；μ_n,ω_n,k_c分别是主系统的线性阻尼系数、固有频率和弱非线性刚度系数，f₁和f₃是1:1主共振和1:3亚谐波共振激励的幅值；m,k,c分别是非线性能量阱单元的质量比、非线性立方刚度和阻尼系数；

定义主系统和非线性能量阱单元之间的相对位移z：z＝q-y，因此，式(8)变为：

在激励为1/3亚谐波共振的情况下，主系统幅频响应方程为：