磁浮式隔振系統(tǒng)的豎向振動與控制研究.pdf

1、地面運動引起的結(jié)構(gòu)豎向振動的控制，一直是一個難以解決的課題。其癥結(jié)所在，就是因為傳統(tǒng)隔震(振)裝置必須有足夠的豎向剛度和承載能力來支承上部結(jié)構(gòu)的重量而導(dǎo)致其豎向剛度大、非線性性能差等問題。針對這一問題，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)，對這一方法基本問題——磁浮式隔震(振)系統(tǒng)的非線性豎向振動及其控制，展開了相關(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)在簡諧地面運動激勵下的響應(yīng)及其與激勵頻率、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動方程，討論了方程的穩(wěn)定性，給出了隨機地面擾動輸入下求解非線性振動解的Runge-Kutta格式，并對懸浮剛桿在地面任意輸入下的響應(yīng)進行了分析；將均質(zhì)彈性梁簡化為一帶集中質(zhì)量的簡支梁，研究了梁的半主動控制，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下的加速度響應(yīng)，驗證了磁懸浮主動變剛度半主動控制系統(tǒng)具有良好的

3、隔震效果；通過對單自由度系統(tǒng)在平衡點附近的擬線性化處理，分析了其開環(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，進行了系統(tǒng)控制器設(shè)計和仿真分析。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，對有阻尼自治系統(tǒng)，如果系統(tǒng)在該平衡點是穩(wěn)定的，則該系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的；對于無阻尼自治系統(tǒng)，如果系統(tǒng)在該平衡點穩(wěn)定，則該系統(tǒng)是Lyapunov穩(wěn)定的；
　　 ⑵磁懸浮系統(tǒng)有類似于軟彈簧的性質(zhì)，系統(tǒng)響應(yīng)對低頻激勵比較敏

4、感，而對高頻激勵不敏感；當(dāng)初始懸浮間隙較小時，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，系統(tǒng)響應(yīng)的幅值變化緩慢，這說明當(dāng)懸浮間隙較大時，系統(tǒng)響應(yīng)趨于平緩，且比較穩(wěn)定；
　　 ⑶與普通的彈性簡支梁相比，磁懸浮主動變剛度半主動控制系統(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在平衡點附近采用擬線性化處理，系統(tǒng)有一個極點在復(fù)平面的右半平面，為使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，必須引入反饋回路；