变刚度动力吸振器及其控制策略设计(附件)
振动广泛地存在于生活中的每个地方，例如汽车的发动机振动，机床生产的振动，建筑物的风振等等。这些振动对人们的生活造成了较大的负面影响，因此振动控制技术也越来越引起人们的重视。动力吸振器是一种有效的振动控制技术。根据是否需要外界能量来划分，动力吸振器包括被动式动力吸振器，主动式动力吸振器和自适应式动力吸振器，自适应式动力吸振器凭借其良好的宽频减振性能和简单的工艺结构已成为振动控制领域的研究热点。本论文将对变刚度动力吸振器进行研究，分析变刚度动力吸振器的减振原理，采用一种空气弹簧作为吸振器的弹性元件，并基于该弹性元件提出一种控制策略。通过调节空气弹簧刚度，拓宽了被动式动力吸振器的有效减振频带。关键词 动力吸振器，自适应式动力吸振器，变刚度动力吸振器，空气弹簧，控制方法
目 录
1. 绪论 1
1.1. 振动控制技术研究的意义 1
1.2. 振动控制技术分类及特点 1
1.3. 动力吸振技术的发展现状 2
2. 动力吸振器工作原理 5
2.1. 单自由度振动系统 6
2.2. 二自由度振动系统 7
2.3. 动力吸振器基本原理 7
3. 变刚度动力吸振器工作原理及仿真研究 8
3.1. 变刚度动力吸振器原理 8
3.2. 单自由度振动系统simulink仿真 9
3.3. 变刚度动力吸振器simulink仿真 10
4. 空气弹簧变刚度控制方法研究 16
4.1. 空气弹簧工作原理 16
4.2. 空气弹簧变刚度技术 16
结论 19
致谢 20
参考文献 21
绪论
动力吸振器(Dynamic vibration absorber DVA)是通过弹性元件把辅助质量连接到振动系统上的一种减振装置。按是否需要外界能量分为传统式、半主动式和主动式动力吸振器。传统式动力吸振器工作频带窄，主动式动力吸振器结构复杂，造价昂贵，不能广泛使用，而半主动式动力吸振器结构简单，工作频带较宽，应用广泛。半主动式动力吸振器按控制参数的不同分为变刚度、变阻尼、变质量三种，本次课题的主要目的是研究变刚度动力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
吸振器的减振性能并设计一种控制方法。
1.1 振动控制技术研究的意义
由于在日常生活和工艺生产中振动的广泛存在，如重型货车路过对周边造成的振动，汽车行驶时发动机的振动，工业制造时机床，转轴等等，都有振动的存在。振动的存在有利有弊，但在日常生产生活中多为负面影响。随着社会的发展，人们对于生活的舒适性有了更高的要求，而振动则与舒适性息息相关，随着工业技术的发展，振动控制技术也更加成熟，各种吸振，减振，隔振技术争相涌现。由此可见，动力吸振技术的发展对人民的生产生活有着非常重要的意义，对动力吸振技术的研究必不可少。
1.2 振动控制技术分类及特点
振动控制包括两方面：一方面是振动的利用，另外一种是振动的抑制，即尽可能减少有害的振动[1]。振动控制的目的是尽量减小振动的强度[2].振动控制技术一般有两类方法，（1）按控制手段分类，（2）按工作过程中是否需要外部能量分类。根据控制手段和作用阶段的不同可分为抑制振源强度、隔振、吸振、阻振、修改结构。根据是否需要外部能量可分为有源控制和无源控制，而有源又称为主动控制，无源控制为被动控制[3]。
1.2.1 按控制手段分类
根据控制手段以及作用阶段，作用对象的不同，振动控制技术一般可分为5种：
1、隔振,隔振是将隔振器加入主系统中，使振源发出的振动传递不到主系统上，这个系统可以使外界激励对系统的影响减小，是一种普遍使用的振动控制技术。
2、吸振,在主系统上附加一个装置，可以将主系统的振动能量转移到这个装置上也就是一般所说的吸振器，降低主系统的振动反应。
3、修改结构,不用额外添加装置,是通过修改对象参数来减小它所受振动而造成的影响的。
4、抑制振源强度,又称为消振，直接对振源进行控制，降低或削弱其振动强度，主系统对外界激励的响应也会随之减弱或消失。
5、阻振,在主系统上附加阻尼元件，消耗能量使外界激励对主系统的影响降低。
1.2.2 按振动控制是否需要外部能量分类
1、无源控制 无源控制即不需要外部提供能量，只通过结构自身的作用产生力的作用，就可以减小振动反应。
2、有源控制 外界提供能量或者控制力，系统得到能量可用于调节自身参数，或者外界控制力直接作用于振源，消除振动。
1.3 动力吸振技术的发展现状
Frahm H[4]在1902年率先提出动力吸振技术的理论，之后动力吸振器第一次应用于工程上也是1909年Frahm在邮船上安装的水箱。到了1928年，吸振器的不动点理论被J.Ormondroyd和J.P.Den.Hartog[5]两位学者推导出来。后来，Hahnkamm[6]经过大量的计算推导，得出了最优调谐比公式。动力吸振器经针对不同领域对动力吸振器性能的不同要求，相继研究出不同类型的动力吸振器，可分为传统式动力吸振器，主动式动力吸振器和自适应式动力吸振器。
1.3.1 被动式动力吸振器
被动式动力吸振器是动力吸振器早期的研究方向，传统的动力吸振器就是被动式动力吸振器。被动式动力吸振器在自身频率与外界激振频率相同或者接近时可以取得非常好的吸振效果。被动式动力吸振器制造起来简单，设计过程也不复杂，考虑的地方较少，运行起来比较稳定，不容易出现故障。但是其参数无法调节，所以被动式动力吸振器的减振频带由其自身固有频率所决定。只要外界的激振频率发生变化，与原先设定好的吸振器固有频率产生偏离，就可能无法很好地对主系统进行减振。所以被动式动力吸振器的有效减振频带在被制造出来时就被限制于自身固有频率附近，而实际工作中外界激振频率通常会有很多变化，使得被动式动力吸振器的实际应用范围十分有限。虽然被动式动力吸振器的缺点很明显，但由于它是最初最先被研究的动力吸振器，所以被动式动力吸振器依旧发展出很多分支，种类繁多，具体分类如下：
目 录
1. 绪论 1
1.1. 振动控制技术研究的意义 1
1.2. 振动控制技术分类及特点 1
1.3. 动力吸振技术的发展现状 2
2. 动力吸振器工作原理 5
2.1. 单自由度振动系统 6
2.2. 二自由度振动系统 7
2.3. 动力吸振器基本原理 7
3. 变刚度动力吸振器工作原理及仿真研究 8
3.1. 变刚度动力吸振器原理 8
3.2. 单自由度振动系统simulink仿真 9
3.3. 变刚度动力吸振器simulink仿真 10
4. 空气弹簧变刚度控制方法研究 16
4.1. 空气弹簧工作原理 16
4.2. 空气弹簧变刚度技术 16
结论 19
致谢 20
参考文献 21
绪论
动力吸振器(Dynamic vibration absorber DVA)是通过弹性元件把辅助质量连接到振动系统上的一种减振装置。按是否需要外界能量分为传统式、半主动式和主动式动力吸振器。传统式动力吸振器工作频带窄，主动式动力吸振器结构复杂，造价昂贵，不能广泛使用，而半主动式动力吸振器结构简单，工作频带较宽，应用广泛。半主动式动力吸振器按控制参数的不同分为变刚度、变阻尼、变质量三种，本次课题的主要目的是研究变刚度动力 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
吸振器的减振性能并设计一种控制方法。
1.1 振动控制技术研究的意义
由于在日常生活和工艺生产中振动的广泛存在，如重型货车路过对周边造成的振动，汽车行驶时发动机的振动，工业制造时机床，转轴等等，都有振动的存在。振动的存在有利有弊，但在日常生产生活中多为负面影响。随着社会的发展，人们对于生活的舒适性有了更高的要求，而振动则与舒适性息息相关，随着工业技术的发展，振动控制技术也更加成熟，各种吸振，减振，隔振技术争相涌现。由此可见，动力吸振技术的发展对人民的生产生活有着非常重要的意义，对动力吸振技术的研究必不可少。
1.2 振动控制技术分类及特点
振动控制包括两方面：一方面是振动的利用，另外一种是振动的抑制，即尽可能减少有害的振动[1]。振动控制的目的是尽量减小振动的强度[2].振动控制技术一般有两类方法，（1）按控制手段分类，（2）按工作过程中是否需要外部能量分类。根据控制手段和作用阶段的不同可分为抑制振源强度、隔振、吸振、阻振、修改结构。根据是否需要外部能量可分为有源控制和无源控制，而有源又称为主动控制，无源控制为被动控制[3]。
1.2.1 按控制手段分类
根据控制手段以及作用阶段，作用对象的不同，振动控制技术一般可分为5种：
1、隔振,隔振是将隔振器加入主系统中，使振源发出的振动传递不到主系统上，这个系统可以使外界激励对系统的影响减小，是一种普遍使用的振动控制技术。
2、吸振,在主系统上附加一个装置，可以将主系统的振动能量转移到这个装置上也就是一般所说的吸振器，降低主系统的振动反应。
3、修改结构,不用额外添加装置,是通过修改对象参数来减小它所受振动而造成的影响的。
4、抑制振源强度,又称为消振，直接对振源进行控制，降低或削弱其振动强度，主系统对外界激励的响应也会随之减弱或消失。
5、阻振,在主系统上附加阻尼元件，消耗能量使外界激励对主系统的影响降低。
1.2.2 按振动控制是否需要外部能量分类
1、无源控制 无源控制即不需要外部提供能量，只通过结构自身的作用产生力的作用，就可以减小振动反应。
2、有源控制 外界提供能量或者控制力，系统得到能量可用于调节自身参数，或者外界控制力直接作用于振源，消除振动。
1.3 动力吸振技术的发展现状
Frahm H[4]在1902年率先提出动力吸振技术的理论，之后动力吸振器第一次应用于工程上也是1909年Frahm在邮船上安装的水箱。到了1928年，吸振器的不动点理论被J.Ormondroyd和J.P.Den.Hartog[5]两位学者推导出来。后来，Hahnkamm[6]经过大量的计算推导，得出了最优调谐比公式。动力吸振器经针对不同领域对动力吸振器性能的不同要求，相继研究出不同类型的动力吸振器，可分为传统式动力吸振器，主动式动力吸振器和自适应式动力吸振器。
1.3.1 被动式动力吸振器
被动式动力吸振器是动力吸振器早期的研究方向，传统的动力吸振器就是被动式动力吸振器。被动式动力吸振器在自身频率与外界激振频率相同或者接近时可以取得非常好的吸振效果。被动式动力吸振器制造起来简单，设计过程也不复杂，考虑的地方较少，运行起来比较稳定，不容易出现故障。但是其参数无法调节，所以被动式动力吸振器的减振频带由其自身固有频率所决定。只要外界的激振频率发生变化，与原先设定好的吸振器固有频率产生偏离，就可能无法很好地对主系统进行减振。所以被动式动力吸振器的有效减振频带在被制造出来时就被限制于自身固有频率附近，而实际工作中外界激振频率通常会有很多变化，使得被动式动力吸振器的实际应用范围十分有限。虽然被动式动力吸振器的缺点很明显，但由于它是最初最先被研究的动力吸振器，所以被动式动力吸振器依旧发展出很多分支，种类繁多，具体分类如下：
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