基于形状记忆合金的主动调谐吸振器特性及其主动控制策略研究

摘要

现代工业对产品制造精度的要求越来越高，对环境振级的限制也越来越严格，促使人们不断地研究新的减振技术。传统动力吸振器结构简单，对于主振系统的窄带响应有良好的减振效果。但是，由于实际的振源总会因为工况或其它情况发生变化，能否根据振源的变化情况主动调谐吸振器自身的故有频率是对吸振器性能提出的新的要求。主动控制调谐吸振器能满足上述要求，吸振效果理想，但成本和能源消耗要求高等局限性使其难以在实际中广泛应用。一种新的基于形状记忆合金（简称SMA）弹性元件刚度可调谐的吸振器其可调谐频率变化范围大，能够经受长期工作要求，并且对除了温度以外的环境要求不高，可靠性较好。基于形状记忆合金的主动调谐吸振器（简称SMAATVA）与传统调谐吸振器相比，结构紧凑，响应快速，目前在国外已有研究，而我国将形状记忆合金用于动力吸振器的应用研究方面还是空白。 本文首先分析传统动力吸振器的吸振原理，运用MATLAB软件，将吸振器的刚度、阻尼、吸振器质量进行优化和动态模拟仿真；建立基于形状记忆合金的调谐吸振器动力学模型，对刚度可调的弹性元件特性进行分析；建立了基于形状记忆合金的调谐吸振器与主振系统耦合的力学模型，对比探讨了基于形状记忆合金的可调谐吸振器与传统动力吸振器的吸振效果；探讨了用滤波X-LMS算法对调谐吸振器与主振系统的耦合系统进行自适应滤波前馈控制，通过控制形状记忆合金的温度以调节弹簧刚度，有效地削弱了主振系统的振动强度。基于自适应滤波的前馈控制策略应用于半主动吸振器的可行性和有效性得到了验证。 本文对基于形状记忆合金的主动调谐吸振器进行了理论上的研究，为新式吸振器的研究设计提供了理论依据。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1课题的研究背景及意义

1.2被动式动力吸振器的研究概况

1.3主动式动力吸振器的研究概况

1.4形状记忆合金的特性及其在振动控制中的应用

1.5本文的研究内容

第2章动力吸振器抑振理论及其参数优化

2.1无阻尼动力吸振器吸振特性

2.2阻尼动力吸振器吸振特性

2.3动力吸振器参数优化设计

2.3.1以主振系统位移振幅最小为优化目标

2.3.2以主振系统加速度最小为优化目标

2.3.3联合优化主振系统位移和加速度

2.4本章小结

第3章 基于形状记忆合金的主动调谐吸振器特性

3.1 SMA ATVA的设计和工作原理

3.1.1 SMA ATVA的设计

3.1.2 SMA ATVA工作原理

3.2 SMA ATVA力学模型与响应特性

3.2.1吸振器子系统自由振动响应特性

3.2.2吸振器子系统在谐波载荷激励下的响应特性

3.2.3吸振器弹性元件特性对振动传递的影响

3.2.4吸振器子系统响应的稳定性

3.3耦合SMA ATVA的主振系统的稳态响应特性

3.3.1主振系统-SMA ATVA耦合系统力学模型

3.3.2 SMA ATVA减振特性

3.3.3 SMA元件参数的确定

3.4 SMA ATVA参数特性对减振效果的影响

3.4.1吸振器质量比对减振效果的影响

3.4.2吸振器阻尼比对减振效果的影响

3.5本章小结

第4章 SMA ATVA的主动控制研究

4.1主动控制的设计方法与比较

4.2自适应滤波器简介

4.2.1自适应滤波器原理

4.2.2自适应滤波器结构

4.2.3自适应算法简介

4.3主振系-SMA ATVA耦合系统的自适应控制

4.3.1主振系-SMA ATVA耦合系统的模型建立

4.3.2基于自适应滤波的前馈控制器的设计

4.4仿真控制

4.4.1仿真参数

4.4.2耦合系统自适应控制仿真图

4.5仿真结果分析

4.6本章小结

第5章全文总结与展望

5.1总结

5.2展望

附录

参考文献

致谢