[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

说明书

本发明公开了一种基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振器，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，非线性能量阱单元包括第一阻尼元件和两个线性弹簧；时滞反馈控制单元包括弹簧、第二阻尼元件和驱动器。本发明非线性能量阱单元和时滞反馈控制单元来设计混合式动力吸振器，吸振器的非线性弹簧是采用线性弹簧根据几何非线性产生本质强非线性，时滞反馈控制通过驱动器对抗质量块将惯性控制力施加于主系统实施振动控制，能够在一个较宽的频域内保持较高的减振率，有效缓解多种复杂激励耦合作用对系统的干扰，解决了传统吸振器在非线性宽频吸振技术和非线性多模态振动时的难题。

技术领域

本发明涉及减振领域，特别涉及一种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。

背景技术

振动问题广泛存在于各种机械设备和工程结构中，且易由人为或自然因素引发。振动不仅影响精密仪器的功能、缩短机器的使用寿命，也会导致工程结构的损伤变形，甚至危及结构安全，所以应将振动控制在合理的、能接受的范围之内，以避免经济损失或灾难性事故。

一方面，机械设备向大(微)型化、高精密等方向快速发展，对减振装置的性能要求也愈加苛刻，既要能够在一个较宽的频域内保持较高的减振率，又要有效缓解多种复杂激励耦合作用对系统的干扰。另一方面，随着工程结构跨度的增大和新材料的应用，结构变得更轻和更柔，其非线性振动问题比以往更为突出。因此，亟需开发一种非线性宽频吸振技术与方法解决非线性多模态振动问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供结构简单的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振器，并提供一种减振率高的基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振器，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。

上述基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，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。

上述基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，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。

上述基于时滞技术与非线性能量阱的混合式动力吸振方法，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,…)；