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气动隔振系统有效行程大、承载力大、隔振效果优异,广泛应用在光学平台、仪器平台、舰船动力设备隔振、精密加工与检测、车辆悬挂等的振动隔离,在保证设备的工作精度、提高设备安全性、改善乘员舒适性等方面发挥着不可替代的作用。由于其固有的气体压缩非线性、机械机构的几何和力学非线性等,在实际的应用中常常会表现出明显的非线性响应,危害设备安全、影响正常工作。本文应用气动技术、非线性动力学和自动控制等有关理论对气动隔振系统的非线性特性进行研究,其主要研究内容为以下: 首先,考虑到气动隔振器的非线性主要来源于气体的压缩非线性,建立了其非线性模型,在此基础上,利用软件进行了仿真分析,得到了系统在简谐激励下的响应曲线。结果表明:该系统具有很强的非线性特性,简谐激励会诱发零频偏移,倍频现象;激励频率越接近系统的线性化固有频率,零频偏移,倍频响应越大。以仿真结果为指导,提出了一种可行的数值解法,在谐波平衡法的基础上,通过迭代求解得到系统数值解,该法与仿真所得结果吻合性好,从而验证了该数值解法的有效性。分析了系统在多频激励下的响应,从结果可以看出,多频激励会诱发明显的组合共振和联合共振,为气动隔振系统的设计提供了理论依据。 对气动隔振器的综合非线性动力学行为进行了分析。空气弹簧由于橡胶帘线本身具有很强的非线性,和气体压缩性引起的非线性叠加在一起,其非线性特性比较复杂,因此首先通过实验的方法,对橡胶帘线型空气弹簧进行实验,得到其载荷随高度变化的数据,以空气弹簧高度为自变量,用三次多项式对该曲线进行非线性拟合,得到弹簧非线性恢复力与工作高度的三次多项式表达式。建立了气动隔振器在激励频率下的非线性模型,根据弹簧的非线性恢复力,得到系统的非线性动力学方程。运用多尺度法对该非线性动力学方程进行了求解,分析了单频激励下的主共振,超谐共振和亚谐共振,分析了多频共同作用下的组合共振,讨论了各非线性参数对系统的影响。 考虑到气动隔振器的非线性特性,对其施加线性速度反馈控制和非线性速度反馈控制。研究了其反馈增益的变化对隔振性能的影响,研究结果表明,两种反馈控制都可以起到抑制系统非线性的作用。通过施加控制后,载荷响应的鞍结分叉得到了很好的抑制和消除,因而消除了其响应的多值区域和跳跃现象。载荷的响应幅值也随着反馈增益的增大而减小。通过对两种反馈控制的对比,得出线性速度反馈控制更有利于抑制系统非线性的结论。 将自适应滤波控制引入到气动隔振主动控制中,设计了自适应滤波控制器,使其输出通过作动器自适应地产生控制力于受控对象,使载荷对作动力的响应与激励引起的响应相抵消。提出了多凹口自适应陷波谐波抑制控制策略,多凹口自适应陷波器可以在参考信号的每一个频率处产生一个很深的凹口,达到对基频和谐波响应的减小和消除的目的。实验结果表明,该方法具有很好的谐波抑制作用,尤其在中频段效果比较明显。