振动控制
振动控制原理
振动控制原理
振动控制原理指的是通过对振动系统进行控制，降低或消除系统的振动，并使系统能够稳定工作的技术原理。
在振动控制中，一般会采用控制器和执行器来实现振动的监测和抑制。
振动控制的基本原理是通过合适的控制算法，根据振动系统的输入输出关系，对系统进行有针对性的控制，从而达到减小系统振动幅度和频率，提高系统的稳定性和运行效率的目的。
振动控制的核心思想是通过调节系统的力、位置或速度等参数，使系统的振动能量减小或分散到其他影响较小的频段中。
常见的振动控制方法包括被动控制和主动控制。
被动控制是指通过连接阻尼器、减振器等被动元件来消耗和分散振动能量，从而减小系统振动的幅度。
被动控制通常适用于频率固定的振动问题，而对于频率变化较大或需要更加精确的控制问题，主动控制则是更为有效的方法。
主动控制是指通过对系统输入信号进行实时调整和控制，实现对系统振动的主动抑制。
主动控制通常需要使用传感器来监测系统的振动状态，然后通过控制器对执行器进行控制，对系统进行实时调整。
主动控制方法通常包括PID控制、自适应控制、模糊控制等。
振动控制的应用领域非常广泛，包括工程结构防振、车辆振动控制、航空航天、机器人、医疗设备等。
振动控制可以降低噪声、提高系统的稳定性和寿命，同时也可以提高系统的运行效率和精度。
尽管振动控制领域存在一些挑战，如控制算法的设
计、系统模型的准确性、实时性等问题，但随着技术的不断进步，振动控制技术在各个领域的应用前景仍然非常广阔。
动力学与控制振动控制简介
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线性系统控制模型 • 控制系统
{f (t)}
{ua} 作动器 {ya} {uo} 受控对象 {yo} {us} 测量系统 {ys}
{yc} 控制器 {uc}
线性系统控制模型
受控对象 {xo} [ Ao ]{xo} [Bo ]{uo} [Bf ]{ f } {yo} [Co ]{xo} [Do ]{uo}
6
1
振动控制的概念
结构修改 通过修改受控对象的动力学特性参数使其振动满足 预定的要求，不需附加任何子系统 。
• 被动控制与主动控制 按照控制的能源需求情况来划分，可以分成无源控 制(被动控制)和有源控制(主动控制)两类。 被动控制不需要外界能源，控制装置的结构较为简 单，易于实现，经济性与可靠性较好，在许多场合 下控制效果满意，已经在工程中得到广泛应用。但 是被动控制的局限性也很明显，难以满足越来越高 的工程要求。
作动器 {xa} [ Aa ]{xa} [Ba ]{ua} {ya} [Ca ]{xa}
连接条件
{ya} {uo}, {yo} {us}, {ys} {uc}, {yc} {ua}.
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线性系统控制模型
系统状态方程
x a xx os x c
04/16/2015
复旦大学力学与工程科学系
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可控性与可观性
可观性 状态量的改变能否通过输出量来反映出来，称为可 观性。 例：对于方程
x1 x2
1 0
0 2
x1 x2
0 1u
(t
)
y 1
振动控制的方法
振动控制的方法
振动控制是指对机械系统或结构中的振动进行控制或降低，以达到减小噪声、提高系统稳定性和可靠性等目的。
常见的振动控制方法包括以下几种：
1. 被动振动控制：通过结构设计和材料选择来实现振动控制。
常见的被动振动控制技术包括质量阻尼、弹簧阻尼、隔振器等。
2. 主动振动控制：通过在系统中引入反馈控制回路来主动控制振动。
常见的主动振动控制技术包括主动振动控制装置、电磁作动器、压电陶瓷等。
3. 半主动振动控制：介于被动振动控制和主动振动控制之间，通过改变系统的参数或边界条件来控制振动。
常见的半主动振动控制技术包括可调节质量阻尼、可调节隔振器等。
4. 智能振动控制：利用人工智能和机器学习技术，对振动进行智能识别和控制。
常见的智能振动控制技术包括神经网络控制、模糊控制、遗传算法等。
振动控制方法多种多样，可以根据具体情况选择适合的方法进行控制。
振动控制及其在工程中的应用研究
振动控制及其在工程中的应用研究随着技术的不断发展，振动控制逐渐成为了研究的热点之一。
振动控制，也叫振动抑制，是指用某种手段抑制或控制物体或系统在特定频率下发生的振动。
它广泛应用于各个领域，如机械、电子、航天、船舶、交通等工程领域。
一、振动控制的分类按照振动控制的原理和方法，可以将其分为被动控制、主动控制和半主动控制三类。
被动控制指在结构上添加一些阻尼、吸振结构等以吸收振动，常用的方法有减震器、阻尼器、吸振器等。
主动控制指通过引入控制力对系统进行控制，使其保持稳定，其中涉及的技术和方法比较复杂，如力反馈控制、模态控制、奇异摄动控制等。
半主动控制是一种介于被动控制和主动控制之间的控制方法，其主要原理是通过调整附加阻尼系数或振动势能等来达到控制振动的目的。
二、振动控制在工程中的应用1. 振动控制在桥梁上的应用桥梁是城市交通的重要组成部分，同时也是多种环境因素的影响下易于损坏的结构之一。
为了提高桥梁的使用寿命，振动控制技术被应用于桥梁的设计和维护中。
通过对桥梁的阻尼、加振频率等因素进行控制，可以有效减少桥梁振动对行车安全造成的影响。
2. 振动控制在飞行器上的应用飞行器的运作过程中，由于风力等外部因素的影响，其振动频率可能会超出设计要求，对飞行器的性能和安全性产生影响。
因此，振动控制技术成为了飞行器设计和运作的必要技术之一。
市场上已经有一些专门针对飞行器的振动控制系统，如振动控制仪、振动控制阀等，这些设备通过控制飞行器的振动，保障了飞行器在高空的运作稳定性和安全性。
3. 振动控制在建筑物中的应用对于高层建筑物，由于其受到的气流等外部因素的影响较大，而且底部的构造也比较复杂，容易发生严重的结构损坏。
因此，在设计和使用建筑物时，振动控制技术也被广泛应用。
例如，在地震带的地区，可以通过建立一些具有强阻尼和吸振功能的装置，来减少地震对建筑物的影响。
4. 振动控制在汽车上的应用汽车是人们日常交通的重要工具之一，但由于其底盘和悬挂等结构设计复杂，容易发生振动和噪声。
振动控制方案
振动控制方案随着工业技术的不断发展和应用范围的扩大，机械设备运行时产生的振动问题越来越引起人们的关注。
振动不仅会增加机械设备的磨损和故障率，还会对操作人员的健康和安全造成威胁。
因此，制定有效的振动控制方案成为了工程师们的首要任务。
1. 振动控制方案的背景振动控制方案的制定需要了解振动问题的背景。
首先，对振动的产生原因进行分析。
振动可能是由于不平衡质量、结构固有频率与激振频率的共振、机械失调等因素引起的。
此外，了解振动问题对设备和人体的影响也是制定方案的前提。
通过对问题背景的了解，可以更好地选择适用的振动控制方法。
2. 振动控制方法2.1 主动振动控制方法主动振动控制方法主要通过在机械设备上添加传感器和执行器，利用反馈控制策略实时监测并调整设备的振动状态。
常见的主动振动控制方法包括主动质量平衡、主动振动隔离和主动调谐振动控制。
主动质量平衡可以通过添加平衡块或调整质量来减小不平衡振动。
主动振动隔离是通过控制系统的反馈环节来减小振动传递。
主动调谐振动控制则是通过调整设备的固有频率以避免共振现象。
2.2 被动振动控制方法被动振动控制方法主要是通过添加相应的控制装置，如减振器、缓冲器和阻尼器等来减小振动。
减振器是一种典型的被动振动控制装置，可以通过改变结构的刚度和阻尼特性来减小振动。
缓冲器可用于吸收冲击能量，阻尼器则可以通过消耗振动能量来减小振动幅值。
2.3 组合振动控制方法组合振动控制方法是将主动振动控制和被动振动控制方法相结合，以发挥各自的优势。
通过主动振动控制可以实时监测和调节设备的振动状态，而被动振动控制则可以提供更好的振动抑制效果。
3. 振动控制方案的选择与实施制定振动控制方案需要综合考虑多个因素，包括设备的振动特性、工作环境、成本等。
在选择振动控制方法时，应根据具体情况确定合适的方案。
选择好振动控制方法后，需要进行实施和调试。
实施过程中应严格按照相关标准和规范进行操作，确保方案的顺利实施。
4. 振动控制效果的评估和改进实施振动控制方案后，需要对控制效果进行评估和改进。
机械系统的振动控制
机械系统的振动控制机械系统的振动控制是指通过一系列技术手段来减小或消除机械系统在运行过程中产生的振动。
振动是机械系统常见的现象，不仅会降低机械系统的工作效率，还会导致设备磨损、噪音污染等问题。
因此，对机械系统的振动进行控制是非常重要的。
一、振动的成因机械系统的振动主要来源于以下几个方面：1. 静不平衡：机械系统中的零件质量分布不均匀，导致旋转或运动过程中的离心力不平衡，引起机械振动。
2. 动力激振：机械系统在工作过程中所受到的外力激励，例如激振源、不平整路面等，会使机械系统产生振动。
3. 结构强制振动：机械系统在工作过程中，由于其自身固有频率与外力激励频率接近或相等，出现共振现象，引起强制振动。
二、振动控制的方法为了降低或消除机械系统的振动，可以采取以下几种控制方法：1. 动平衡：通过在机械系统上添加平衡质量，使旋转或运动过程中的离心力平衡，从而减小或消除静不平衡带来的振动。
动平衡是一种常见且有效的振动控制方法，可应用于各种旋转机械设备，如发动机、风机等。
2. 主动振动控制：主动振动控制是指通过主动力或智能控制系统来实现对振动的控制。
其核心思想是根据传感器采集到的振动数据，通过计算机控制系统发送指令，调整系统的力或刚度，从而实现对振动的调节，达到振动控制的目的。
主动振动控制具有实时性好，响应速度快的特点。
3. 被动振动控制：被动振动控制是指通过被动元件来减小或消除机械系统的振动。
常用的被动振动控制方法包括使用减振器、隔振器等装置。
减振器可通过选择合适的材料和结构设计来吸收和消散振动能量，从而减小振动幅值。
隔振器则是通过隔离机械系统与外界的物理接触，减少振动的传递。
三、振动控制的应用机械系统的振动控制广泛应用于各个领域。
在航空航天领域，振动控制技术被应用于飞机和火箭的设计中，通过减小振动幅值，提高飞行安全性和舒适度。
在建筑工程中，振动控制技术可用于降低高层建筑或桥梁等结构的振动，保证结构的稳定与安全。
震动控制的分类
震动控制的分类
震动控制是一种重要的技术，它可以有效地减少或消除物体在振动时所产生的不良影响。
根据所使用的控制方法和应用领域，震动控制可以分为以下几类：
1.有源振动控制
有源振动控制是指通过主动干预物体的振动状态来实现控制。
其主要原理是在物体上安装传感器，测量其振动状态，并将数据反馈给控制器进行处理。
然后，通过激励器或执行器对物体施加反向力或位移，以消除或减少其振动。
2.无源振动控制
无源振动控制是指通过改变物体结构或材料来实现控制。
其主要原理是利用材料的特性来吸收、散射或反射振动能量，从而减少或消除物体的振动。
3.半主动振动控制
半主动振动控制是一种介于有源和无源之间的方法。
它利用电磁、压
电等效应来调节阻尼器、弹簧等机械元件的刚度和阻尼，从而实现对物体振动的调节。
4.被动振动控制
被动振动控制是指通过改变物体的质量分布或刚度来实现控制。
其主要原理是利用物体自身的惯性、弹性等特性来消耗、减弱或反射振动能量，从而减少或消除物体的振动。
5.混合振动控制
混合振动控制是指将上述不同类型的震动控制方法进行组合，以实现更加有效的控制。
例如，可以将有源和无源方法结合起来，利用有源方法调节无源材料的特性，以达到更好的效果。
总之，震动控制是一项重要的技术，在工业、交通、建筑等领域都有广泛应用。
不同类型的震动控制方法各具特点，在选择时需要根据具体情况进行综合考虑。
振动控制综述
振动控制综述振动控制是指通过控制系统对被控对象进行调节，从而达到减小或消除其振动的目的。
振动在工程和科技领域中很常见，因此振动控制也非常重要。
随着科学技术不断发展，振动控制技术的应用范围也在不断扩大。
本文将介绍振动控制的基本原理和常见方法。
1. 振动的产生和分类振动是由于物体受外力作用，产生的一种周期性的机械运动。
振动可以分为强迫振动、自由振动和阻尼振动。
强迫振动是指物体受到一个与其自然振动频率相同的外力作用而产生的振动。
自由振动是指物体在没有外力作用下的振动。
阻尼振动是指振动系统受到一定阻尼作用而产生的振动。
2. 振动控制的基本原理振动控制的基本原理是通过对振动系统施加控制力或控制电信号来减少或消除其振动。
通过调节控制系统的参数，可以将振动系统转化为一个能够稳定运行或减小振幅的系统。
振动控制的成功与否取决于控制系统的设定以及人工干预。
3. 常见的振动控制方法（1）主动振动控制主动振动控制是指通过控制原件对振动进行实时控制。
主动振动控制可以分为开环控制和闭环控制两种。
开环控制指的是将控制量传递给执行机构，而闭环控制则是将执行机构的反馈信息传递回去。
主动振动控制最大的优点是响应速度快、控制精度高，但缺点是成本较高。
被动振动控制是指通过给振动系统增加一些被动装置来控制振动。
常见的被动装置包括质量阻尼器和弹簧减振器。
被动振动控制的优点是成本低，但缺点是对控制系统的响应速度和控制精度要求较高。
半主动振动控制是指将主动振动控制和被动振动控制两种方式结合起来。
通过改变控制系统的参数，可以实现被动振动控制和主动振动控制的转换。
半主动振动控制的优点是响应速度与成本之间的平衡，适用性广泛。
智能振动控制是指将人工智能技术应用于振动控制领域。
通过采集和分析振动信号，实现自适应控制和优化控制。
智能振动控制的优点是智能化程度高，可实现自我学习、自适应控制等功能。
4. 振动控制的应用领域振动控制的应用领域非常广泛，包括航空航天、汽车工业、机械制造、建筑工程、电子通信等。
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振动控制
Vibration Control
参考书籍
• • • • 顾仲权, 振动主动控制 张阿舟, 振动控制工程 张阿舟, 实用振动工程2 -- 振动控制与设计 Richard C. Dorf, 现代控制系统(第八版中译 版) • Wodek K. Gawronshi, Advanced Structural Dynamics and Active Control of Structures • Sigurd Skogestad, Multivariable Feedback Contro control: analysis and design
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
消振
隔振
结构修改
阻振
振源
受控对象
吸振
5. 结构修改：通过修改受控对象的动力学特性参数使 振动满足一定的要求。
– – – –
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这是一种不需要附加任何子系统的振动控制方案； 动力学参数：指影响受控对象质量、刚度与阻尼特性的参数， 如惯性元件的质量、转动惯量及分布； 对已有的受控对象，是结构修改的问题； 对处于初始设计阶段的受控对象，是动态设计的问题。
• 被动控制（Passive Control）：除外界振动源或干扰外， 无其他外部能量输入或交换的振动系统； • 主动控制（Active Control）：除外界振动源或干扰外，有 其他外部能量输入或交换的振动系统；
• 半主动控制（Semi-Active Control）：是一种振动系统的 参数控制技术。根据系统输入的变化和对系统输出的要求， 实时调节某些环节的刚度、惯性以及阻尼特性，从而使系 统获得优良的振动特性。
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振动控制
Vibration Control
1.2 振动控制的分类
第 一 章 绪 论
• 按不同性质的振动区分，振动控制包括动力 响应的控制和动稳定的控制。
• 受控对象对外界随时间变化的扰动都会引起 动力响应，如共振导致结构的变化或破坏； • 动不稳定是由于受控对象内部出现正反馈而 引起随时间增长越来越大的振动，在短时间 内导致产品或结构的严重破坏。
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
M
me 2 sin t m t u
M
e
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2
k c
a
2
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隔力
b
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v
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m k(u-v) mu
u
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c(u-v)
v
隔幅
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主要内容
第 一 章 绪 论
• • • • • •
振动控制的任务 振动控制的分类 振动被动控制的原理和方法 振动主动控制的原理和特点 振动控制的实现途径 振动控制问题的几个实例
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振动控制
Vibration Control
1.1 振动控制的任务
第 一 章 绪 论
振动控制
Vibration Control
振动控制 Vibration Control
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振动控制
Vibration Control
课程在学科体系中的位置
• 振动控制是联系振动理论和控制理论的一门交叉 学科。 • 结构动力学 • 振动数值分析(有限元计算) • 振动测试与分析、模态分析理论
5
z=0.01
4 3
z=0.1 z=0.2 z=0.707
F1 F2 F3 F4
Td
2 1 0 0 1
2
l
2
3
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
• 阻尼减振的方法
– 采用象隔振、吸振一样增加附加子系统的形式 （阻尼减振器）； – 将粘弹性阻尼材料直接涂覆或粘贴于受控结构 的表面；
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
消振
隔振
振源
受控对象
2. 隔振：振源与受控对象之间串加一个子系统， 以减小受控对象对振源激励的响应。 • 两类隔振问题：
– – 对于产生激励力的振源，隔力； 对于产生运动激励的振源，隔幅；
– 受控对象：各类产品、结构或系统的总称。
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振动控制
Vibration Control
1.1 振动控制的任务
第 一 章 绪 论
• 振动工程中的振动问题
– – – – 飞行器重大事故中，40%与振动有关； 建筑物的抗震、抗风设计； 交通工具如汽车的舒适性； ……
• 振动控制是振动工程领域内的一个重要分支，是 振动研究的出发点和归宿。
• 两方面内容：
– 振动的抑制，尽量减小有害的振动以保证系统正常工作， 延长使用寿命。 – 振动的利用，利用有利的振动实现某种工程目的；
• 如振动筛，夯土机
• 地面振动环境试验
• 振动控制的任务：
– 通过一定的手段使受控对象的振动水平满足人们预定的 要求。
• 振动主动控制的特点：
– 适应性强，应用面广，减振效果好，对受控对 象的结构改动不大； – 对振动控制中每项被动控制技术，几乎都有与 之对应的主动控制技术；
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振动控制
Vibration Control
1.4 振动主动控制的原理和特点
第 一 章 绪 论
f t
受控对象
H s
pt
xt
f t
受控对象
H s
pt
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吸振器
G s
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
消振
隔振
阻振
振源
受控对象
吸振
4. 阻振：又称阻尼减振。在受控对象上附加阻 尼器或阻尼元件，通过消耗能量使响应减小。
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振动控制
Vibration Control
考核方法
• 闭卷考试（80%） • 平时成绩（20%）
– 作业：迟交或缺一次作业扣10分，两次取消考试资格 – 缺席处理：无故缺席一次扣10分，三次取消考试资格
推荐两个论坛：
SIMWE仿真论坛：/ 振动论坛：/forum/index.php
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1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
• 从控制理论的角度，隔振就是在振源和受控对象 之间串加一子系统，相当于在传递路线中串联了 一个环节。
f t
H s
xt
原系统
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隔振器
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1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
消振
受控对象
振源
1. 消振：从能量的角度看，振源是系统产生过度振动的根 源，若能减小振源的激励能量，则系统过度的振动就不 会发生。
– – – 治本的方法，但是一般无法使振源的激振能量减小到理想的程 度； 减小旋转机械的偏心度，飞轮动平衡； 车刀颤振，添加冷却剂。
振动主动控制类型： 开环控制
开环控制又称程序控制，控制器中的控制律预 先按规定的要求设置好，与受控对象的振动状态无 关。
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振动控制
Vibration Control
– 利用各种形式的阻尼来耗散结构的振动动能，大 多是从机械能转化为热能，由结构周围空气吸收。
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
• 阻尼减振的效果
– 一般来说，增大阻尼可抑制系统响应，尤其在 共振区附近，效果特别明显。
受控对象
H s
xt
控制系统
传递函数变化： H(s)
H(s) G(s)
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南京航空航天大学 振动工程研究所
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振动控制
Vibration Control
1.3 振动被动控制的原理和方法
第 一 章 绪 论
消振
隔振
振源
受控对象
吸振
3. 吸振：又称动力吸振。在受控对象上附加一个子系 统称之为动力吸振器，用它产生吸振力以减小受控 对象对振源激励的响应。
课件交流邮箱： vc_nuaa@，
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