负刚度机械系统动力学与控制

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
11772206
项目类别：
面上项目
资助金额：
72.0万
负责人：
申永军
依托单位：
石家庄铁道大学
学科分类：
A0702.非线性振动及其控制
结题年份：
2021
批准年份：
2017
项目状态：
已结题
起止时间：
2018-01-01 至2021-12-31

项目参与者：
温少芳；陈聚峰；蔡承才；郝岩；武薇；张世强；赵安妮；李壮壮；
关键词：
负刚度分数阶系统振动控制主动/半主动控制非线性动力学

项目摘要

There are many advantages in mechanical system with negative stiffness, such as lower natural frequency and high-static-low-dynamic property. These advantages are helpful to solve vibration control problems in aerospace, transportation and precise mechanical engineering, etc. The project is focused on the design, dynamical analysis and vibration control of mechanical system with negative stiffness. The main contents include several parts, such as the development of simple mechanical devices with negative stiffness, the application of mechanical devices with negative stiffness in vibration isolation and absorption, the active and semi-active control laws for these mechanical system, the effect of time delay on active and semi-active control mechanical systems, the design of time-delay compensator to reduce the bad control effect, the analysis and compromise on dynamical behavior of mechanical system with fractional-order derivative and negative stiffness. This project is not only important to many engineering fields, but also could establish the basis of vibration control and design of nonlinear system with negative stiffness.

含有负刚度的机械系统存在固有频率低、“高静低动”等优点，在解决航空航天、交通运输、精密机械等各工程领域的振动控制问题中具有一定的优势。本项目拟围绕负刚度机械装置的设计、负刚度机械系统的动力学分析与控制等科学问题展开研究，主要内容包括：研发形式较为简单的负刚度装置；研究负刚度装置在隔振、吸振等振动控制系统中的应用，建立适合于负刚度装置的主动/半主动控制规律；分析时滞对主动/半主动控制负刚度系统的影响，设计时滞补偿器降低时滞可能带来的不良影响；研究分数阶隔振器件和负刚度装置耦合系统的动力学行为，尤其是在稳定性、振动控制效果等方面找到二者的最佳结合条件。本项目不仅有较为广泛的工程应用背景，而且在非线性系统的振动控制与设计方面等具有重要的学术价值。

结项摘要

含有负刚度的机械系统存在固有频率低、“高静低动”等优点，在解决航空航天、交通运输、精密机械等各工程领域的振动控制问题中具有一定的优势。本项目拟围绕负刚度机械装置的设计、负刚度机械系统的动力学分析与控制等科学问题展开研究，主要内容包括：.研究设计了一种分段负刚度机构模型，即在实现负刚度功能的基础上，又增加了准零刚度的特性；设计了一套液压式负刚度装置，该负刚度装置能够在系统振动位移较小时提供线性负刚度。研究了负刚度装置在隔振、吸振等振动控制系统中的应用，研发了几类不同形式的动力吸振器（DVA）的参数优化和动力学特性，如：带有放大机构的接地式DVA、带有负刚度和放大机构的Voigt式DVA、含多个负刚度弹簧的Maxwell模型DVA等等；针对含有负刚度元件的动力吸振器进行了参数优化，给出了不同类型吸振器的参数最优解析公式；建立适合于负刚度装置的主动/半主动控制规律；将分数阶导数引入到了Voigt型动力吸振器中，通过定义等效刚度与等效阻尼分别得到了系统基于H∞与H2优化原则的系统参数最优解析解，研究分数阶隔振器件和负刚度装置耦合系统的动力学行为，尤其是在稳定性、振动控制效果等方面找到二者的最佳结合条件。提出一种基于排列熵及其改进理论的伪相平面法，从而对非线性系统中微弱周期信号特征进行提取。以传统的梯度下降法为基础，提出了三种改进的变阶次分数阶梯度下降法，有效地解决了收敛速度和收敛精度之间不可兼得的矛盾，并通过典型算例验证了相关结论。.本项目不仅有较为广泛的工程应用背景，而且在非线性系统的振动控制与设计方面等具有重要的学术价值。