时滞反馈控制对悬臂输液管系统稳定性的影响

摘要

流诱发的输液管的流固耦合振动问题，对人们的日常生活，工作产生越来越大的影响。在实际工程中输液管系统一旦出现振动失稳，就会带来惨重的损失。因此，一百多年来人们对输液管系统不断深入地了解和研究，最终就是为了控制系统振动。随着科学技术的发展，时滞减振技术作为一种新兴的主动减振技术受到学术界和工程界的极大关注。本文利用时滞反馈来控制竖直悬臂输液管系统的振动，基于模态分析理论，采用直接法分析了时滞反馈增益和时滞量对系统静平衡稳定性的影响，从而证明在稳定范围内可以提高流速。本文的主要工作包括以下几个方面： (1) 概述了输液管系统研究历史和现状，提出了在输液管系统中引入时滞反馈来控制系统振动的思想； (2) 在已有竖直悬臂输液管的数学模型基础上，加入时滞反馈项，用Galerkin方法将其偏微分方程转化为一系列常微分方程。通过直接法理论分析系统的前两阶模态的静态稳定性，讨论流速，时滞反馈增益和时滞量三者之间的稳定性关系。从而证明时滞反馈控制可有效地提高输液管系统的临界流速，达到减振目的。 (3) 通过分别用时滞速度反馈和时滞位移反馈两种方式作用在输液管系统上，从而理论分析比较得出，在提高相同流速情况下，时滞速度反馈控制要优于时滞位移反馈控制。通过数值模拟输液管自由端的振动，结果表明与理论预测相吻合，直观给出了时滞反馈控制的减振效果。

目录

文摘

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声明

第1章 绪论

1.1输液管系统研究的历史与现状

1.2输液管系统的动力学模型

1.2.1输液管梁模型

1.2.2输液管壳模型

1.3输液管的振动控制理论

1.4时滞反馈控制理论

1.5本文的研究内容

第2章 基本理论

2.1 Galerkin方法

2.2直接法简介

2.3反馈控制原理

第3章 悬臂输液管时滞反馈控制系统的数学模型

3.1工程背景

3.2模型推导

3.2.1建立坐标系

3.2.2 Galerkin离散化方程

3.3时滞反馈控制方程

第4章 悬臂输液管时滞反馈控制系统稳定性分析

4.1特征方程

4.2直接法稳定性分析

4.2.1时滞速度反馈控制

4.2.2时滞位移反馈控制

4.3数值模拟及其振动控制分析

4.3.1时滞速度反馈数值模拟

4.3.2时滞位移反馈数值模拟

第5章 全文总结

5.1本文工作总结

5.2进一步的研究工作

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的文章