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分类号:U27;U4610710-2012122029硕士学位论文动力吸振器参数优化及其主动控制技术研究张多导师姓名职称高强教授申请学位类别硕士学科专业名称车辆工程论文提交日期2015年5月6日论文答辩日期2015年6月19日学位授予单位长安大学OptimizingtheparametersofdynamicvibrationabsorberandresearchingontheactivecontrolAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhangDuoSupervisor：Prof.GaoQiangChang’anUniversity,Xi’an,Chinai摘要动力吸振器是工程实际中一种常用的振动控制技术。被动式动力吸振器的参数优化主要是通过PQ定点理论，但当主系统存在较大阻尼时，该理论将不再成立，需要通过其他方式对其参数进行优化。被动式动力吸振器对于窄频激励有很好的减振效果，但对宽频激励的减振并不理想。主动式动力吸振器能在宽频的范围内对主系统进行减振，因此对于动力吸振器的主动控制技术研究具有非常重要的意义。本论文研究了动力吸振器的参数优化以及主动控制技术。论文主要研究内容如下:（1）介绍了主系统无阻尼时动力吸振器的基本原理和PQ定点理论，以及最优同调下吸振器的参数优化。推导了主系统有阻尼时动力吸振器的主系统振幅倍率表达式，并研究了吸振器质量比、固有频率比及阻尼比对主系统减振效果的影响。（2）讨论了常用的智能优化算法方法，如模拟退火算法、遗传算法、粒子群优化算法的基本思想和优化流程，为后续选择合适的优化算法提供了参考。（3）研究了振动系统固有频率和阻尼比参数识别原理，建立了参数识别实验系统。利用参数识别理论对所要优化的系统进行了动态特性实验，得出了主系统固有频率、阻尼比以及动力吸振器参数的变化范围。采用粒子群优化算法，以最小化主系统振幅倍率的最大值为目标，对动力吸振器的参数进行了优化。（4）建立了主动式动力吸振器数学模型。应用线性二次型最优控制的基本理论，通过Matlab/Simulink对主动式动力吸振器建模，分别用冲击激励、白噪声激励以及正弦激励为激励源进行仿真，分析了吸振器对主系统的减振效果和在不同加权矩阵下主动控制力的大小。综上，对于通过主系统振幅倍率优化动力吸振器的参数和利用二次型线性最优控制算法对动力吸振器进行主动控制，能够较好地提高吸振器减振性能。关键词：动力吸振器，参数优化，粒子群优化算法，主动控制iiiAbstractThedynamicvibrationabsorber(DVA)hasbeenanimportanttoolforvibrationcontrolinengineeringapplications.TheparametersofapassiveDVAcanbeoptimizedbyusingthePQfixedtheory，butwhentheprimarysystemisdamped，itneedsotherwaytooptimizetheparameter.ThepassivevibrationDVAhasagoodperformanceunderanarrowbandexcitation,howeverithasapoorperformanceunderawidebandexcitation.TheactiveDVAcanachieveabettervibrationattenuationoverafrequencyband,sostudyingtheactivecontroltechnologyforDVAhasimportantmeaning.ParameterOptimizingandactivecontrolmethodsforDVAarestudiedinthisthesis.Thethesisincludessomeaspectsasfollows:(1)ThefundamentaloftheDVAPQfixedpointtheory,aswellastheoptimizationdesignoftheDVAundertheconditionoftheoptimumrelativetuningareintroduced,whenprimarysystemisundamped.ThevibrationamplitudeamplificationratioexpressionoftheprimarysystemwithaDVAattachedisdeducedwhentheprimarysystemisdamped,andtheperformanceoftheprimarysystemunderdifferentmassratio,naturalfrequencyratioanddampingratioisinvestigated.(2)Thebasictheoriesandthecomputingprocessofsomeoptimalmethods,suchassimulatedannealing(SA),geneticalgorithms(GA)andparticleswarmoptimization(PSO)arediscussedtochoosetheappropriateoptimizationalgorithm.(3)Parameteridentificationtheoryofthevibrationsystem’sdynamicparameterssuchasmass,stiffnessanddampingratioisintroduced.Byusingthistheory,theparametersofprimarysystemareindentified.Forthepurposeofminimizingthemaximumofthevibrationamplitudeamplificationratiooftheprimarysystem,theparametersoftheDVAisoptimizedbyPSO.(4)ThemodeloftheactiveDVAontheprimarysystemisbuilt.Thefundamentaltheoryoflinearquadraticoptimalcontrolisintroduced,andasimulationmodelbasedonMATLAB/SimulinkisbuilttoanalyzethevibrationreductionperformanceoftheactiveDVAundershockexcitation,whitenoiseexcitationandharmonicexcitation,aswellastheivmagnitudeofactivecontrolforcesunderdifferentweightingmatrix.Inconclusion，thevibrationreductionperformanceoftheDVAcanbeimprovedviaoptimizingDVA’sparametersbyminimizingthemaximumofthevibrationamplitudeamplificationratiooftheprimarysystemandcontrollingactiveDVAbyusinglinearquadraticoptimalcontrol.Keywords:dynamicvibrationabsorber,parameteroptimization,ParticleSwarmOptimization,activecontrolv目录第一章绪论............................................................................................................................11.1引言..............................................................................................................................11.2动力吸振器分类..........................................................................................................11.2.1被动式动力吸振器.............................................................................................21.2.2半主动式动力吸振器.........................................................................................41.2.3主动式动力吸振器.............................................................................................71.3动力吸振器参数优化和控制......................................................................................81.4本论文课题来源与研究内容......................................................................................91.4.1课题来源.............................................................................................................91.4.2研究内容.............................................................................................................9第二章振动力学基础理论与动力吸振器原理..................................................................112.1单自由度振动系统....................................................................................................112.2主系统无阻尼时动力吸振器的基本原理................................................................122.2.1质量比和固有频率比对PQ定点振幅倍率的影响........................................132.2.2主系统无阻尼时动力吸振器参数最优设计...................................................162.3主系统有阻尼时动力吸振器的基本原理................................................................182.3.1质量比对振幅倍率的影响.......................................................................