多模態(tài)電磁分支電路振動(dòng)控制理論與應(yīng)用研究

電磁分支電路阻尼是一種新型的振動(dòng)控制方法，其由電磁換能器和分支電路構(gòu)成。當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，電磁線圈會(huì)感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)。分支電路能改變閉合回路的阻抗屬性與大小，控制電流和電磁控制力的大小會(huì)發(fā)生改變，從而提高結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果。本項(xiàng)目主要工作包括： 1.設(shè)計(jì)了一種兩種電磁阻尼器，開展了力-電-磁耦合特性分析。（1）由Faraday電磁感應(yīng)定理和Ampere力定理，對(duì)電磁結(jié)構(gòu)的力-電-磁耦合特性進(jìn)行理論建模，推導(dǎo)得到了機(jī)電耦合系數(shù)表達(dá)式，進(jìn)行了數(shù)值仿真。（2）設(shè)計(jì)試驗(yàn)測試系統(tǒng)，對(duì)兩種電磁結(jié)構(gòu)機(jī)電耦合系數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究。研究結(jié)果驗(yàn)證了理論分析和數(shù)值仿真。 2.完成了多模態(tài)電磁分支電路阻尼機(jī)理研究。（1）完成了電磁分支電路的多模態(tài)阻尼機(jī)理研究。（2）完成了電磁分支電路參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。（3）完成了電磁分支電路裝置的設(shè)計(jì)、建模、仿真。研究結(jié)果表明所提出的兩種分支電路能有效的提高電磁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制效果。 3.完成了多模態(tài)電磁分支電路阻尼器的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)技術(shù)研究。（1）完成了多模態(tài)電磁分支電路器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）對(duì)新型阻尼器結(jié)構(gòu)進(jìn)行了力-電-磁動(dòng)力學(xué)建模、仿真分析與性能優(yōu)化。（3）完成了阻尼器的制備及性能測試技術(shù)研究。 4.完成了多模態(tài)電磁分支電路阻尼振動(dòng)控制理論和試驗(yàn)技術(shù)研究。（1）以梁、板結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，使用所設(shè)計(jì)的兩種阻尼器，基于Hamilton原理和Galerkin法，建立了多種耦合結(jié)構(gòu)的力-電-磁耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。（2）完成了耦合系統(tǒng)的數(shù)值仿真。（3）設(shè)計(jì)試驗(yàn)系統(tǒng)，開展多模態(tài)振動(dòng)控制試驗(yàn)技術(shù)試驗(yàn)研究。（4）研究結(jié)果表明，電磁分支電路阻尼振動(dòng)控制方法能有效的抑制梁和板結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動(dòng)。 5.開展基于負(fù)電阻電磁分支電路阻尼的天線隔振應(yīng)用技術(shù)研究。（1）根據(jù)有限單元法建立了天線-隔振器耦合系統(tǒng)的控制方程。（2）設(shè)計(jì)了天線隔振系統(tǒng)試驗(yàn)測試系統(tǒng)，開展了天線結(jié)構(gòu)的多模態(tài)隔振試驗(yàn)技術(shù)研究。（3）研究結(jié)果表明，負(fù)電阻電磁分支電路阻尼隔振器很好地控制了天線結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動(dòng)。天線反射器試驗(yàn)技術(shù)的開展，為將電磁分支電路阻尼隔振方法在空間結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的應(yīng)用打下了良好的試驗(yàn)基礎(chǔ)。 本研究從電磁阻尼結(jié)構(gòu)的建模和分支電路的設(shè)計(jì)及分析出發(fā)，開展了電磁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析方法、分支電路設(shè)計(jì)方法，多模態(tài)振動(dòng)控制方法等技術(shù)研究，各部分內(nèi)容相輔相成，該研究成果為振動(dòng)控制領(lǐng)域提供一種可行的解決手段。 2100433B

本項(xiàng)目研究一種新型振動(dòng)控制方式：電磁分支電路阻尼，它是一種被動(dòng)為主主動(dòng)為輔的半主動(dòng)控制方式，具有耗能少穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。它由電磁機(jī)構(gòu)和外接分支電路組成，通過合理設(shè)計(jì)外接分支電路，電磁裝置能夠在被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方向產(chǎn)生電磁控制力，抑制結(jié)構(gòu)振動(dòng)。本項(xiàng)目以控制結(jié)構(gòu)多模態(tài)振動(dòng)為目標(biāo)，通過研究多模態(tài)阻尼與電磁分支電路參數(shù)的關(guān)系，揭示電磁分支電路的多模態(tài)阻尼機(jī)理，建立多模態(tài)電磁分支電路力電磁耦合模型，并研究電磁分支電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、相關(guān)制備方法和性能測試方法，發(fā)展可用于抑制結(jié)構(gòu)的多模態(tài)振動(dòng)的新型多模態(tài)電磁分支電路方法，研制多模態(tài)電磁分支電路阻尼器。對(duì)附加電磁分支電路阻尼器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、仿真及試驗(yàn)研究。項(xiàng)目完成后，將建立多模態(tài)電磁分支電路理論、仿真方法和試驗(yàn)測試技術(shù)，為其工程應(yīng)用提供應(yīng)用基礎(chǔ)。

功能：振動(dòng)控制、信號(hào)采集與分析 應(yīng)用范圍： （1）振動(dòng)控制領(lǐng)域（對(duì)振動(dòng)臺(tái)進(jìn)行各種激勵(lì)的控制）； （2）振動(dòng)測試領(lǐng)域（汽車車身，衛(wèi)星等結(jié)構(gòu)的模態(tài)測試，系統(tǒng)振動(dòng)特性檢測與評(píng)估）。 2100433B

多種信號(hào)源獨(dú)立控制； 多種信號(hào)源復(fù)合控制； 動(dòng)態(tài)范圍120dB； 信號(hào)源頻率范圍不低于25.6kHz； 數(shù)據(jù)傳輸速度不低于10M采樣點(diǎn)/秒； 采樣精度：24位Sigma-delta ADC。

歸一化主要是為了簡化計(jì)算，常用的方式就是將每個(gè)自由度的主振型第一個(gè)元素變?yōu)?。模態(tài)質(zhì)量應(yīng)該是前乘振型矩陣的轉(zhuǎn)置，后乘振型矩陣得到的對(duì)角質(zhì)量矩陣，還有一種歸一化方法就是將這個(gè)對(duì)角質(zhì)量陣變成單位陣。

模態(tài)質(zhì)量有意義，反映了體系中有多少質(zhì)量對(duì)這階模態(tài)振型有大的影響，每一階是不同的。歸一化振型就是計(jì)算的振型（計(jì)算位移值）除以最大的值，變成最大值為1，反映體系各處相對(duì)變形。廣義質(zhì)量矩陣不是模態(tài)質(zhì)量。模態(tài)質(zhì)量計(jì)算還涉及到振型和振型參與系數(shù)。