动功振动抑制策略

1/1动功振动抑制策略第一部分动功振动抑制机制 2第二部分主动质量阻尼器原理 5第三部分调谐质量阻尼器应用 7第四部分多调谐质量阻尼器设计 10第五部分半主动控制策略简介 13第六部分主动控制振动抑制技术 15第七部分混合控制方法综述 17第八部分新兴动功振动抑制趋势 21

第一部分动功振动抑制机制关键词关键要点动功振动抑制原理

1.动功振动抑制器（TMD）通过引入附加的自由度来与主结构产生相对运动。

2.当主结构振动时，TMD会吸收能量并产生与主结构振动相反的力，从而抵消主结构的振动。

3.TMD的固有频率和阻尼比需要精心设计，以最大限度地减少主结构的振幅。

刚性TMD

1.刚性TMD通过将较小的质量刚性连接到主结构来实现振动抑制。

2.当主结构振动时，刚性TMD会在一定频率范围内与主结构产生共振，从而吸收能量。

3.刚性TMD的优点在于设计简单、成本低廉，但其抑制带宽窄，对非谐振激励不敏感。

粘性TMD

1.粘性TMD在刚性TMD的基础上增加了粘性阻尼器，以增强抑制效果。

2.粘性阻尼器的作用是将能量从TMD传递到主结构，从而衰减主结构的振动。

3.粘性TMD的阻尼比可以根据实际需求进行调整，以实现宽带抑制效果。

调谐质量阻尼器（TMD）

1.TMD是动功振动抑制器的典型代表，它由质量、弹簧和阻尼器组成。

2.TMD的固有频率与主结构的固有频率接近，通过共振吸收主结构的振动能量。

3.TMD的优点在于抑制效果显著，但需要精确的设计和安装，对参数变化敏感。

非线性TMD

1.非线性TMD采用非线性弹簧或阻尼器，以应对复杂的激励环境。

2.非线性TMD的抑制特性随激励幅度或频率的变化而变化，从而提高了抑制效果的鲁棒性。

3.非线性TMD的理论和应用研究仍处于发展阶段，具有广阔的发展前景。

智能TMD

1.智能TMD利用传感器和控制算法对TMD的特性进行实时调整，以适应不同的激励条件。

2.智能TMD可以主动抑制主结构的振动，提高抑制效果和鲁棒性。

3.智能TMD的实现需要高性能传感器、控制器和算法，成本和复杂度较高。动功振动抑制机制

动功振动抑制是利用附加质量体（动功振动抑制器）与被抑制结构之间的惯性力相互作用来减小结构振动的技术。其基本原理是当动功振动抑制器与主结构之间的相对位移发生变化时，抑制器中的附加质量会产生惯性力，从而抵消或减小主结构上的振动。

被动动功振动抑制器：

被动动功振动抑制器主要有两种类型：调谐质量阻尼器（TMD）和动能吸收器（KEAS）。

调谐质量阻尼器（TMD）：

*由一个具有附加质量和阻尼的单自由度系统组成。

*TMD的固有频率与被抑制结构的共振频率调谐。

*当结构受到激励时，TMD与结构发生反向振动，从而抵消掉一部分结构振动。

*阻尼器提供能量耗散，防止TMD振幅过度增长。

动能吸收器（KEAS）：

*由一个连接到主结构的质量块和一个非线性弹簧组成。

*非线性弹簧的刚度随相对位移的增加而减小。

*当结构受激时，KEAS的内部质量块与主结构发生相对振动，从而吸收一部分振动能量。

*非线性弹簧的减小刚度特性有助于抑制共振频率附近的振幅放大。

主动动功振动抑制器：

主动动功振动抑制器利用传感器、控制器和致动器来主动控制附加质量体的运动，从而实现更有效的振动抑制。

惯性力主动控制（IFC）：

*使用传感器测量结构振动并通过控制器产生控制力。

*控制力作用在附加质量体上，产生与结构振动相位相反的惯性力。

*控制器通常使用反馈控制算法来优化抑制效果。

附加质量控制（AMCA）：

*使用多个附加质量体，每个质量体由独立的致动器控制。

*控制器的目的是协调附加质量体的运动，以有效抵消结构振动。

自适应动功振动抑制：

自适应动功振动抑制器能够根据外界激励和结构特性的变化自动调整抑制参数。

自适应调谐质量阻尼器（ATMD）：

*TMD的固有频率和阻尼比可以根据结构振动响应的变化自动调整。

*控制器使用自适应算法来更新TMD参数以优化抑制效果。

自适应动能吸收器（AKEAS）：

*KEAS的非线性弹簧刚度可以根据结构振动响应的变化自动调整。

*控制器使用自适应算法来更新弹簧刚度以抑制共振频率附近的振幅放大。

应用：

动功振动抑制策略广泛应用于各种工程领域，包括：

*建筑物和桥梁的抗震（TMD、ATMD）

*车辆和飞机的振动控制（TMD、KEAS）

*机械和电气设备的振动隔离（TMD、AMCA）

*风能涡轮机的振动抑制（TMD、AKEAS）第二部分主动质量阻尼器原理关键词关键要点主动质量阻尼器原理

主题名称：振动频率匹配

1.主动质量阻尼器的固有频率与被保护结构的目标振动频率相匹配，以实现共振。

2.这种共振状态下，阻尼器质量的运动会与结构的振动相位相反，从而抵消结构上的振动力。

主题名称：质量比设计

主动质量阻尼器原理

主动质量阻尼器（AMQ）是一种通过计算机控制的装置，可产生与目标结构振动相位的相反力，从而抑制结构振动。AMQ系统包含以下组件：

1.附加质量：附加质量是AMQ的主动元件，其质量和位置由控制算法确定。

2.执行器：执行器与附加质量连接，并根据控制算法的指令产生力。执行器类型包括液压缸、伺服电机和压电陶瓷。

3.传感器：传感器测量目标结构的振动，并将其反馈给控制算法。传感器类型包括加速度计、位移传感器和应变仪。

4.控制算法：控制算法根据传感器反馈和预先设计的控制策略确定附加质量的理想运动。常见控制算法包括：

-最优控制（LQR、LQG）

-自适应控制

-模糊控制

工作原理：

AMQ的工作原理基于以下原理：

*谐振抑制：当附加质量与目标结构的固有频率调谐时，附加质量会在目标结构的自然频率附近施加与振动相位的相反力。这会产生抵消力，从而减少目标结构的振动幅度。

*反馈控制：传感器测量目标结构的振动，并将反馈信息发送给控制算法。控制算法根据反馈信息实时调整附加质量的运动，以优化振动抑制效果。

*响应优化：AMQ可以根据目标结构的动态特性和环境激励条件进行定制，以优化振动抑制性能。

AMQ系统设计：

AMQ系统的有效性取决于以下设计参数：

*附加质量的质量和位置

*执行器的容量和响应时间

*传感器的灵敏度和精度

*控制算法的性能

应用：

AMQ广泛应用于各种领域，包括：

*建筑物（高层建筑、桥梁）

*车辆（汽车、飞机）

*机械系统（旋转机械、风力涡轮机）

*精密仪器（显微镜、光学系统）

优点：

*高效抑制宽带振动

*适用于线性或非线性系统

*自适应性强，可处理变化的激励条件

*可优化以满足特定性能要求

缺点：

*成本相对较高

*需要外部电源和控制系统

*可能存在稳定性问题，尤其是在非线性系统中第三部分调谐质量阻尼器应用调谐质量阻尼器应用

调谐质量阻尼器（TMD）是一种被动振动控制装置，通过添加一个附属质量及其阻尼器来抑制主结构的振动。TMD工作原理是通过其附属质量与主结构的相对运动来吸收和耗散振动能量。

原理和设计

TMD由一个附属质量块、一个刚性连接的弹簧和一个阻尼器组成。弹簧的刚度和阻尼器的阻尼系数需要根据主结构的固有频率和阻尼比进行调谐，以实现共振条件。当主结构受到激励振动时，TMD的附属质量会在共振频率附近以相反的相位振动，从而抵消主结构的振动。

应用领域

TMD广泛应用于各种结构中，包括：

*建筑物：减少由风荷载、地震和人行荷载引起的振动。

*桥梁：减轻由车辆、风和地震产生的振动。

*机械设备：抑制旋转、往复和振动噪声。

*航天器：控制由发动机点火和再入引起的振动。

设计考量

TMD的设计包括以下关键因素：

*附属质量比：附属质量与主结构质量之比。

*调谐频率：TMD的共振频率，与主结构的固有频率相近。

*阻尼比：TMD阻尼器的阻尼系数，用于耗散振动能量。

效果

TMD可以显著减轻主结构的振动幅度和加速度。研究表明，TMD可以将振动幅度减少高达90%，加速度减少高达80%。

局限性

尽管TMD在振动抑制方面非常有效，但它们也有局限性：

*宽带抑制：TMD只能在共振频率附近有效。对于宽带激励，可能需要使用多个TMD。

*非线性效应：当激励幅度较大或结构出现非线性时，TMD的性能可能会下降。

*附加重量和体积：TMD的附属质量和阻尼器会增加结构的重量和体积。

先进技术

近年来，随着材料和控制技术的进步，TMD出现了各种先进技术，包括：

*半主动TMD：通过可控阻尼器调节TMD的阻尼比，增强抑制效果。

*自调谐TMD：采用自适应机制自动调节TMD的调谐频率，以适应结构的固有频率变化。

*多级TMD：使用多个TMD，以抑制不同频率的振动。

应用实例

TMD已成功应用于许多大型项目，例如：

*台北101大楼：使用TMD降低由强风引起的振动。

*金门大桥：使用TMD抑制由风和地震引起的共振。

*国际空间站：使用TMD控制由空间环境和系统操作引起的振动。

结论

调谐质量阻尼器是一种有效的被动振动控制装置，可显着减轻结构的振动幅度和加速度。通过仔细的设计和调谐，TMD可以广泛应用于各种结构，以增强结构安全和舒适性。随着先进技术的不断发展，TMD在振动控制领域将继续发挥重要作用。第四部分多调谐质量阻尼器设计多调谐质量阻尼器设计

简介

多调谐质量阻尼器（MTMD）是一种被动振动控制装置，由多个调谐到结构不同模式的质量块组成。与传统单调谐质量阻尼器相比，MTMD具有抑制多个模式振动的优势。

设计方法

1.确定结构模式

使用有限元分析或实验模态分析确定结构的固有频率和模态振型。

2.选择调谐频率

MTMD的调谐频率应接近结构的目標模式频率。一般情况下，MTMD的调谐频率比结构模式频率稍低，以实现最佳阻尼效果。

3.计算阻尼系数

MTMD的阻尼系数应能有效地抑制结构振动，同时避免过度阻尼。阻尼系数可以通过实验或仿真确定。

4.确定质量和刚度

MTMD的质量块质量和隔振元件刚度应满足以下方程：

```

m=η*m_s

k=ω_n^2*m

```

其中：

*m：MTMD的质量块质量

*m_s：结构的有效质量

*η：质量比（通常为0.02-0.05）

*k：MTMD的隔振元件刚度

*ω_n：MTMD的调谐频率

5.安置位置

MTMD应安装在结构的模态振型处或振动最严重的部位。

6.多个MTMD

对于需要抑制多个模式的结构，可以使用多个MTMD。每个MTMD应针对不同的模式进行调谐。

设计示例

考虑一个简单的单自由度系统，其固有频率为10Hz，有效质量为100kg。设计一个MTMD来抑制该系统的振动。

1.选择调谐频率

将MTMD的调谐频率设置为9.5Hz。

2.计算阻尼系数

选择阻尼比为0.05。因此，阻尼系数为：

```

c=2*0.05*9.5*√(100)=19kg/s

```

3.确定质量和刚度

选择质量比为0.03：

```

m=0.03*100=3kg

```

然后计算刚度为：

```

k=(9.5)^2*3=280.5N/m

```

4.安置位置

将MTMD安装在结构的质量中心处。

设计评价

使用仿真或实验评估MTMD的性能。预期MTMD将显著降低结构的振幅和应力。

优点

*多模式抑制能力

*设计灵活性，可针对特定模式进行调谐

*相比于主动控制系统，成本较低

缺点

*增加了系统质量和复杂性

*可能会影响结构的刚度和动态性能

*需要精确的调谐和阻尼设计第五部分半主动控制策略简介关键词关键要点【半主动控制策略简介】

【主动控制】

1.运用传感器实时监测振动状态，并根据反馈信息，主动调节控制装置，输出与振动反向的控制力，抑制振动。

2.优点：抑制效果好，适应性强，可实现结构振动的主动抑制。

3.缺点：控制系统复杂，成本较高，实现难度大。

【被动控制】

半主动控制策略简介

半主动控制策略是一种介于被动控制策略和主动控制策略之间的控制方法，它利用传感器的反馈信息实时调整控制力大小，而无需知道系统的精确模型。与被动控制策略相比，半主动控制策略能够更有效地抑制振动，并且对系统参数的变化不敏感；与主动控制策略相比，半主动控制策略没有能量输入系统，功耗低，结构简单。

半主动控制策略一般由以下三个部分组成：

*传感器：用于测量系统的振动位移、速度或加速度等状态量。

*控制器：基于传感器的反馈信息实时计算控制力。

*可调制元素：根据控制器的输出调整控制力的大小，通常为可变阻尼器或可调悬架。

半主动控制策略有多种类型，常见的有：

*可变阻尼器：通过调整阻尼系数来改变系统的阻尼特性。

*可调悬架：通过改变悬架刚度来改变系统的固有频率。

*磁流变阻尼器：利用磁流变流体的特性，通过控制磁场来改变阻尼系数。

*压电致动器：利用压电效应，产生额外的阻尼力或刚度。

半主动控制策略的优点：

*抑制振动效果好：能够有效抑制系统的振动，提高系统的稳定性。

*鲁棒性好：对系统参数的变化不敏感，能够在较宽的范围内保持良好的控制效果。

*功耗低：无需能量输入系统，功耗低，结构简单。

*成本低：相对于主动控制策略，半主动控制策略的成本较低。

半主动控制策略的缺点：

*需要传感器：需要安装传感器来测量系统的振动状态，这会增加系统的成本和复杂性。

*实时性要求高：控制器需要实时计算控制力，对实时性要求较高。

*抗振动频带窄：半主动控制策略通常只对特定的振动频段有效，对于宽频带振动抑制效果较差。

应用领域：

半主动控制策略广泛应用于各种工程领域，包括：

*汽车悬架：抑制车辆振动，提高乘坐舒适性。

*建筑结构：减轻地震和风荷载引起的结构振动。

*机械设备：抑制机器振动，延长设备寿命。

*航空航天：抑制飞机和航天器的振动，提高飞行稳定性。第六部分主动控制振动抑制技术关键词关键要点【主动控制振动抑制技术】：

1.通过安装传感器、执行器和控制器，实时监测和控制振动，采用反向力或位移来抵消扰动力的影响。

2.具有快速响应、高精度和宽频带的特点，适用于高频、低幅值振动场合。

3.常用技术包括：最优控制、自适应控制、滑动模态控制和神经网络控制。

【振动隔离和减振】：

主动控制振动抑制技术

导言

主动控制振动抑制技术是一种通过施加与干扰力相位和大小相反的力，实现振动抑制的效果，其核心原理是通过传感器实时检测振动信号，并通过控制算法生成与干扰力相反的控制力，通过执行器施加到结构上，从而抵消干扰力引起的振动。

主动控制系统的基本原理

主动控制振动抑制系统主要包括传感器、控制器和执行器三个部分。

*传感器：用于检测振动信号，常见传感器有加速度计、位移传感器和应变传感器。

*控制器：实时处理振动信号，并产生与干扰力相反的控制力信号，常见控制器有模拟控制器、数字控制器和自适应控制器。

*执行器：根据控制器的信号，产生与干扰力相反的力，常见执行器有压电陶瓷和液压缸。

主动控制振动抑制技术的分类

主动控制振动抑制技术可分为以下几类：

*单自由度主动控制：针对单一自由度振动的主动控制技术，如主动质量阻尼器和主动刚度系统。

*多自由度主动控制：针对多自由度振动的主动控制技术，如模式态控制、状态空间控制和最优控制。

*自适应主动控制：能够适应外部干扰力变化的主动控制技术，如自适应滤波控制和模糊逻辑控制。

主动控制振动抑制技术的优点

*高频段振动抑制效果好：主动控制技术对高频段振动抑制效果显著，一般可将振动幅值降低80%~90%。

*响应时效性好：主动控制系统响应时间短，可及时抑制振动，避免结构产生共振。

*适应性强：主动控制系统可适应不同的振动源和结构特性，实现定制化抑制振动。

*节能环保：主动控制技术通过实时检测振动信号，控制力施加有针对性，能耗能小，且不产生二次污染。

主动控制振动抑制技术的应用

主动控制振动抑制技术在工程实践中有着广泛的应用，主要包括以下几个方面：

*建筑物隔振：主动质量阻尼器和主动刚度系统常用于建筑物隔振，有效降低建筑物受外界振动影响。

*桥梁振动抑制：主动缆索控制和主动质量阻尼器可抑制桥梁受风荷载引起的振动，确保桥梁安全。

*机床振动抑制：主轴主动振动抑制技术可抑制机床主轴高速旋转产生的振动，提高加工精度。

*航空航天振动抑制：主动振动抑制技术可抑制航天器和飞机受外力干扰而产生的振动，提高乘坐舒适度和设备稳定性。

主动控制振动抑制技术的发展趋势

近年来，主动控制振动抑制技术呈现以下几方面的发展趋势：

*多目标优化控制：通过优化控制算法，同时抑制振动和减少控制能耗。

*智能化控制：利用机器学习和人工智能技术，实现自适应和鲁棒性更好的控制效果。

*微机电系统（MEMS）传感器：小型化、低功耗的MEMS传感器可实现高精度、低成本的振动检测。

*分布式控制：分布式控制可减少系统响应时间，提高振动抑制效果。

结论

主动控制振动抑制技术是一种先进的振动控制技术，通过实时检测振动信号并施加与干扰力相反的力，有效抑制振动，广泛应用于工程实践中。随着技术的不断发展，主动控制振动抑制技术将得到进一步优化和创新，为解决复杂振动问题提供更有效的解决方案。第七部分混合控制方法综述关键词关键要点离线学习控制

1.依靠预先训练的模型来预测干扰并设计控制律，无需实时测量干扰。

2.使用历史数据或模拟数据训练模型，避免在线学习的复杂性和不稳定性。

3.适用于干扰特性已知或可建模的情况，且控制律计算量小，实时性要求不高。

在线学习控制

1.利用实时测量数据在线调整控制律，适应变化的干扰特性。

2.采用自适应算法或强化学习方法，实现控制律的在线优化。

3.适用于干扰特性未知或难以建模的情况，具有更好的适应性和鲁棒性，但控制律计算量较大。

自抗扰控制

1.不显式测量或估计干扰，而是通过设计特定控制律来补偿干扰的影响。

2.依靠系统固有特性或反馈机制实现抗扰，无需外部信息或复杂算法。

3.适用于干扰特性难以建模或测量的情况，具有较好的鲁棒性和适应性。

主动振动控制

1.利用传感器实时监测振动，并主动施加反向力来抵消扰动。

2.采用压电致动器、电磁致动器或液压系统等主动控制装置。

3.适用于高频、高幅值振动抑制，具有良好的实时性，但需要较高的控制精度和功率。

混合控制

1.结合离线学习控制和在线学习控制的优势，实现更好的抗扰效果。

2.预先训练模型提供初始控制律，在线调整机制进一步优化控制性能。

3.适用于干扰特性既已知又未知的情况，综合了离线和在线控制的优点。

人工智能驱动的振动抑制

1.利用机器学习、深度学习等人工智能技术，从海量数据中学习干扰特性。

2.开发智能控制算法，实现自适应、鲁棒的振动抑制。

3.具有潜力突破传统方法的局限，处理复杂多变的干扰，但需要大量数据和算法优化。混合控制方法综述

在动功振动抑制中，混合控制方法结合了主动和被动控制技术，以实现更好的振动抑制性能。这些方法利用了主动控制的快速响应性和高调节能力，以及被动控制的稳定性和可靠性，从而提供了一种全面的振动抑制解决方案。

#混合控制的分类

混合控制方法可分为以下几种类型：

*附加被动阻尼器：在主动控制系统中增加被动阻尼器，以提高低频范围内的振动抑制效果。

*主动-被动调谐质量阻尼器（ATMD）：利用主动力来调整被动调谐质量阻尼器的频率和阻尼特性，以实现宽频带振动抑制。

*自适应混合控制：通过自适应算法调整控制参数，使系统能够适应不同的振动条件和未知干扰。

*混合Skyhook控制：结合主动和被动Skyhook控制技术，以实现对宽频带振动的有效抑制。

*混合反馈控制：整合主动和被动反馈控制机制，以增强系统的鲁棒性、稳定性以及振动抑制能力。

#混合控制方法的优点

混合控制方法具有以下优点：

*宽频带振动抑制：通过结合主动和被动技术的优势，混合控制方法可以覆盖更宽的频率范围，实现有效的低频和高频振动抑制。

*增强的稳定性：被动阻尼器的存在可以增强系统的稳定性，防止主动控制系统的不稳定性。

*自适应性：通过采用自适应算法，混合控制方法可以适应不同的振动环境和未知干扰，从而提高控制性能。

*鲁棒性：整合主动和被动反馈机制可以提高系统的鲁棒性，使系统能够应对噪声和模型不确定性。

*低功耗：混合控制方法往往比纯主动控制方法功耗更低，因为被动阻尼器不需要持续供电。

#混合控制方法的应用

混合控制方法已广泛应用于各种振动抑制应用中，包括：

*结构振动抑制：桥梁、建筑物和飞机结构的振动控制。

*机械振动抑制：机器人、机器工具和发动机中的振动抑制。

*噪声和声学控制：噪声和声学系统中的振动和噪声抑制。

*汽车悬架系统：汽车悬架系统的振动抑制，以提高乘坐舒适性和安全性。

*医疗设备：医疗成像和外科手术设备中的振动抑制，以提高精度和安全性。

#混合控制方法的未来发展

混合控制方法在动功振动抑制领域仍是一个活跃的研究领域，未来的发展方向包括：

*智能混合控制：探索基于人工智能技术，使混合控制方法能够自主学习和优化其性能。

*多模式混合控制：开发能够在不同振动模式下工作的混合控制方法，以实现更好的振动抑制效果。

*集成传感器和网络：与传感器和网络技术相结合，使混合控制方法能够远程监控和控制，实现分布式振动抑制。

*非线性混合控制：研究非线性混合控制方法，以应对非线性振动特性，如非线性阻尼和硬化效应。

*微型和柔性混合控制：开发微型和柔性的混合控制技术，以满足微型设备和柔性结构的振动抑制需求。

通过持续的创新和研究，混合控制方法有望在未来为各种振动抑制应用提供更加有效和可靠的解决方案。第八部分新兴动功振动抑制趋势关键词关键要点【人工智能辅助动功振动抑制】

1.利用机器学习算法训练模型，识别和预测振动模式，实现主动控制和抑制。

2.集成传感器和执行器，实现实时监测和控制，提高抑制效率和鲁棒性。

3.优化算法和模型