一种基于SMR主动隔振模型的功率流控制方法

　　1　引　言

　　近代工业呈现高速化、大型化、轻型化、复杂化等发展趋势,相应地各种高精的机器设备对它们的工作环境提出更高的要求,需要对其自身振动或境扰动进行严格隔离。被动隔振技术至此已经显得力不从心,而主动隔振技术具有极强的适应性和易调节性,可动态修改系统的结构参数,突破被动隔振的技术瓶颈,实现更高水平上的振动噪声控制。柔性耦合系统动态特性的主动控制,是当前国内外振动控制领域的前沿课题和发展方向,属振动力学、结构动力学、材料科学、机械工程、计算机科学、自动控制、信号处理等多学科综合交叉的新领域。近几年来,随着力学、计算机技术,控制技术以及材料等相关科学的发展,使主动隔振技术成为振动隔离研究的热点[1],受到了中外学者的普遍重视[2~4],尤为国防工业、航天航空和航海等高科技领域所关注,促进了振动主动控制技术的大发展。但是作为主动隔振系统本身,其理论和技术发展还远没有成熟。目前,主动隔振理论的研究主要分为两方面:振动在主动隔振系统中的传递机理和各种控制策略的研究[5]。

　　主动隔振的实质就是采取主动控制的措施防止振动能量向接受体传输。本文以传输到接受体的功率流最小为最优化控制目标,提出了一种基于SMR隔振模型的主动功率流控制策略,对四边简支矩形薄板上的主动隔振问题进行了研究与探讨。

　　2　SMR主动隔振系统动力学分析及功率流控制

　　机床等旋转机械的高速运转,产生复杂的振动行为,通过隔振器向基础传递。对于楼上机械,安装基础比较轻薄,从而使整个系统的振动耦合加剧,基础的柔性起到了动力放大的作用,诱发柔性基础板的耦合振动和固体噪声。图1所示为这类运动机械的安装简图,旋转机械受三个方向上的扰动力或力矩,即沿Z轴方向和沿Y轴方向上的扰动简谐力以及绕X轴的力矩作用,从而在这三个方向上会产生相应的速度响应。对图1的模型,隔振系统实际采用的是被动和主动相联合的形式,因为主动和被动隔振在特定的频段内都具有其各自的特点和优势,所以用主动和被动相联合的控制形式具有实际意义,并且,在实际工程隔振中,对于主动隔振系统一般也是和被动形式相联合的,而对于真正意义上的纯主动隔振则是比较少见的。图中,在隔振器上并联一个主动作动器,则该模型升级为主动隔振系统。

　　从能量的观点来看,无论是被动隔振还是主动隔振,都是在振动能量的传播途径上附加子系统或主动控制力,以减小或控制传递到接受体上的振动能量。因此,对于图1中所示模型,这类隔振系统可以抽象为图2所示的SMR(Source Mount Receiver)主动隔振系统原理图,图中系统可以分为三个部分,振源、传播路径(对于隔振系统即支承)和接受体。