考虑弹性基础的作动——传感一体化的有源隔振系统研究

摘要

本文对主动隔振系统中的作动器和控制器进行了设计、性能仿真及实验测试，分析了弹性基础上单层隔振系统的动力学特性，在此基础上对单层主动隔振系统进行了主动控制仿真及实验研究。
　　 首先，对惯性式电磁作动器进行了动力学分析，结果表明作动器的输出力与气隙磁场强度及支撑片弹簧刚度有关。为得到最优磁路与片弹簧的设计参数，利用电磁场有限元分析软件ANSOFT对作动器磁路中的结构参数对气隙磁场强度的影响进行了仿真，并在有限元分析软件ANSYS中的结构优化模块完成对片弹簧的优化设计，在此基础上加工出试验样机并对其输出特性进行了测试，同时设计了一款MEMS加速度计并将其嵌入作动器内形成一体化惯性式作动器。随后对作动器配套的功放系统进行了设计，并运用Multisim8交互式电路模拟软件对控制电路中的积分电路、移相电路和滤波电路进行仿真分析，得到合理的电路参数并进行实物加工形成集成的控制器，并通过实验对其特性进行了测试。然后，搭建了弹性基础的单层主动隔振台架，运用傅里叶级数展开法与有限元仿真得到该系统的振动模态及振动传递特性，并利用激光测振仪对其振动特性进行测试，验证了解析方法与有限元仿真的准确性。最后，通过一系列实验测试一体化惯性式电磁作动器及控制器对此弹性基础的单层隔振台架的振动控制效果。结果表明：加速度反馈控制在特定的频率段减振效果达到10dB，速度反馈控制只在共振频率处有减振效果，减振量达到4dB。同时多点控制由于控制系统的耦合性效果逊于单点控制，但整体控制效果明显。上述控制效果验证了本文设计的作动器、控制器及加速度计的可靠性与控制方法的可行性。