声振论坛 首页 基础理论 控制理论 查看内容

主动隔振和混合隔振:适用于超低频和高精度隔振

2018-5-7 16:26| 发布者: weixin| 查看: 437| 评论: 0|原作者: weixin|来自: 声振之家公众号

摘要: 隔振技术广泛应用于土木、航空航天、精密制造与加工等领域。
  振动系统包括三部分:振动源,振动传播路径及振动接受结构。振动隔离指的是在振动的传播途径中加入适当的元件,以减小传递到接收结构的振动强度。隔振技术广泛应用于土木、航空航天、精密制造与加工等领域。

  隔振是振动控制中研究最多、应用最广的一项振动控制技术,大致分为被动隔振、主动隔振和主/被动混合隔振三类。被动隔振是在振动传播途径中加入被动元件,如弹簧,橡胶,空气弹簧等,以减小传递到接受结构的振动强度。结构简单、易于实现、工作可靠、不需要额外消耗外界能源是被动隔振的突出优点。鉴于此,被动隔振在工程中得到了广泛的应用。

  随着科学技术的不断飞速发展,人们对结构的承载能力和振动控制精度提出了更高的要求:目前大型化、低刚度与柔性化是航天器结构的一个重要发展趋势。

  这些大型模块化的空间站、太阳能电池板、卫星天线、光学系统及其支撑体结构、空间机械臂等,要在相当长的时间内保证极高的运行精度;未来的人类社会对制空天权的争夺将会愈演愈烈,空天军的作战空域在外层空间,对武器平台的精度和稳定度有着很高的要求,特别是激光平台等光机电一体系统需要对微米级的振动进行控制,因而对环境及系统本身振源的振动控制要求很高。

  近年来的精密仪器随着其功能的不断丰富,越来越趋向大型化,甚至已经有了总重量超过10吨的装置,由于装置的不断大型化,要将装置本身的固有频率维持在高水平已经变得很困难,因此就算以往根本不成问题的低频振动也受到了影响,这些将给传统的被动结构及振动控制方法带来严峻的考验,必须开发能够承受大的工作载荷并且对于低频振动也能有优异隔振性能的主动隔振系统。

  同被动隔振技术相比,主动隔振特别是对低频区和共振区振动的隔离具有明显的优势。最近几年,各技术先进国家竞相研究,并开始将其应用于某些大型的空间结构减振上,同时主动隔振技术特别适用于对微小振动的控制,广泛地用于精密仪器的隔振。

  主动隔振是在被动隔振的基础上,加入能产生满足一定要求的作动器,或者用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件,根据所检测到的振动信号,应用一定的控制策略驱动作动器,从而达到抑制或消除振动的目的,它特别适用于超低频隔振和高精度隔振。

  主动隔振技术有着悠久的历史,可以追溯到18世纪,用离心摆调节蒸汽机转速和纵擒机调节钟表周期的应用中。从上世纪50年代起,主动控制减振取得三项技术突破,即实现机翼颤振的主动阻尼,提高了飞机航速;磁浮轴承控制离心机转子成功,创造出分离铀同位素的新工艺;主动隔振提供超静环境,保证惯导系统满足核潜艇和洲际导航的精度要求。

  真正使用电子技术进行主动振动控制开始于60年代,因此之后的十几年成为主动振动控制发展的重点突破阶段。从70年代起人们开始广泛探索主动振动控制在各个工程领域应用的阶段。80年代后主动振动控制技术在抑制航天结构振动控制、精密设备或精密产品加工中的振动控制、高挠性土木工程结构振动控制以及车辆半主动振动控制方面得到了广泛的应用。

  主动隔振器主要由受控对象、作动器、控制器、测量系统和能源组成,其发展主要决定于作动器、控制器和隔振结构的发展。主动隔振按形式可分为完全主动隔振和主动/被动混合隔振。由于完全的主动隔振结构较复杂、需消耗大量的能源,因而限制了它的应用。混合隔振综合了主被动隔振的优点,有着更大的发展空间。

  混合隔振(Hybrid Vibration Isolation)是20世纪80年代发展起来的综合被动隔振和主动隔振技术的新型隔振技术,也被称为一体化振动控制(Integrated Control),混合控制(Mixed Control)或者组合控制(Combined Control)。它将主动控制和被动控制两种控制手段在结构中同时应用、相互融合,综合了被动隔振和主动隔振的优点,弥补了各自缺点,以期达到隔离整个频率范围内振动的效果。其本质特点是同时采用主、被动控制手段,通过主、被动隔振系统的联合优化设计,以较低的成本在宽频带范围内最大程度地隔离振动的传递,并保持系统的稳定性,较好地满足工程需要。

  振动的主、被动控制可以用动力学方程和系统的状态方程等数学模型描述,这些模型形式不同但内容统一,并可以相互转化,这为混合隔振系统分析和设计提供了有利条件。国外在混合隔振技术方面起步较早,做了许多研究,并且在开发新型混合隔振元器件方面做了大量的工作,申请了许多专利。

  相比较而言,我国在混合隔振方面的研究相对较晚,并且主要集中在航天、精密机床和工程建筑等领域。混合隔振系统设计的实质就是被动隔振系统和主动控制系统的联合优化设计,它将给隔振结构设计带来了新的更高的要求。

  本文根据百度文库《主动隔振和混合隔振技术的现状》一文编辑而成。

最新评论

返回顶部