磁浮式隔振系統(tǒng)的豎向振動(dòng)與控制研究.pdf

1、地面運(yùn)動(dòng)引起的結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)的控制，一直是一個(gè)難以解決的課題。其癥結(jié)所在，就是因?yàn)閭鹘y(tǒng)隔震(振)裝置必須有足夠的豎向剛度和承載能力來(lái)支承上部結(jié)構(gòu)的重量而導(dǎo)致其豎向剛度大、非線性性能差等問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，本文提出基于可控磁懸浮技術(shù)的磁力懸浮式非線性隔震(振)方法，并應(yīng)用數(shù)值方法與仿真技術(shù)，對(duì)這一方法基本問(wèn)題——磁浮式隔震(振)系統(tǒng)的非線性豎向振動(dòng)及其控制，展開(kāi)了相關(guān)研究。導(dǎo)出了單自由度磁浮式豎向隔震(振)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程，探討了系統(tǒng)的穩(wěn)定

2、性，研究了系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧地面運(yùn)動(dòng)激勵(lì)下的響應(yīng)及其與激勵(lì)頻率、靜懸浮高度之間的關(guān)系；建立了磁懸浮均勻等直剛桿的運(yùn)動(dòng)方程，討論了方程的穩(wěn)定性，給出了隨機(jī)地面擾動(dòng)輸入下求解非線性振動(dòng)解的Runge-Kutta格式，并對(duì)懸浮剛桿在地面任意輸入下的響應(yīng)進(jìn)行了分析；將均質(zhì)彈性梁簡(jiǎn)化為一帶集中質(zhì)量的簡(jiǎn)支梁，研究了梁的半主動(dòng)控制，應(yīng)用推廣的Runge-Kutta方法，得到了系統(tǒng)在地面任意豎向激勵(lì)下的加速度響應(yīng)，驗(yàn)證了磁懸浮主動(dòng)變剛度半主動(dòng)控制系統(tǒng)具有良好的

3、隔震效果；通過(guò)對(duì)單自由度系統(tǒng)在平衡點(diǎn)附近的擬線性化處理，分析了其開(kāi)環(huán)和閉環(huán)特性，分別應(yīng)用PID控制器方案和H∞控制器方案，進(jìn)行了系統(tǒng)控制器設(shè)計(jì)和仿真分析。結(jié)果表明：
　　 ⑴系統(tǒng)的初始懸浮位置是系統(tǒng)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，對(duì)有阻尼自治系統(tǒng)，如果系統(tǒng)在該平衡點(diǎn)是穩(wěn)定的，則該系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；對(duì)于無(wú)阻尼自治系統(tǒng)，如果系統(tǒng)在該平衡點(diǎn)穩(wěn)定，則該系統(tǒng)是Lyapunov穩(wěn)定的；
　　 ⑵磁懸浮系統(tǒng)有類(lèi)似于軟彈簧的性質(zhì)，系統(tǒng)響應(yīng)對(duì)低頻激勵(lì)比較敏

4、感，而對(duì)高頻激勵(lì)不敏感；當(dāng)初始懸浮間隙較小時(shí)，單自由度系統(tǒng)的響應(yīng)隨著懸浮高度的減小急劇增加，當(dāng)初始懸浮高度大于某臨界值時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)的幅值變化緩慢，這說(shuō)明當(dāng)懸浮間隙較大時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)趨于平緩，且比較穩(wěn)定；
　　 ⑶與普通的彈性簡(jiǎn)支梁相比，磁懸浮主動(dòng)變剛度半主動(dòng)控制系統(tǒng)的加速度響應(yīng)明顯減小，系統(tǒng)具有良好的豎向隔振性能；
　　 ⑷在平衡點(diǎn)附近采用擬線性化處理，系統(tǒng)有一個(gè)極點(diǎn)在復(fù)平面的右半平面，為使系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，必須引入反饋回路；