主动隔振实验
微重力主动隔振系统电磁作动器设计与仿真
微重力主动隔振系统电磁作动器设计与仿真陈作明;陈昌皓【摘要】为满足空间科学实验载荷对微重力环境的要求,需应用隔振系统对实验载荷进行振动抑制.由于被动隔振仅在特定频率范围有效,低频振动抑制必须采用主动隔振手段.在主动隔振的若干种作动器中,电磁作动器以电气传动、非接触、响应速度快和允许偏移大等特点适用于微重力主动隔振系统.本文设计了一种基于洛伦兹力原理的电磁作动器,并利用有限元软件ANSYS Workbench对作动器特性进行仿真,了解作用力与电流和位移的关系.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】4页(P38-41)【关键词】微重力;主动隔振;洛伦兹力;作动器;仿真【作者】陈作明;陈昌皓【作者单位】武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070;武汉理工大学机电工程学院,湖北武汉430070【正文语种】中文【中图分类】TH703;TB535太空环境为微重力环境下的各类科学实验提供了绝佳的实验条件，然而通过对空间微重力环境的典型评估发现，由于航天器姿态调整，设备运转和人员运动等影响，加速度环境超出了许多对振动敏感实验的需求[1-2]。
图1[3]绘制了各类微重力科学实验对环境的要求以及典型空间站环境评估值，可以看出典型空间站环境评估值在0.01 Hz～100 Hz频段的大部分超出了实验载荷对空间站环境的要求，因此需要在科学实验载荷与飞船之间设置微重力隔振系统。
被动隔振通过在振动的传递路径上设置弹簧阻尼结构来达到减振或隔振的目的，由于仅在外界扰动频率大于其固有频率的倍时有效[4]，一般只能隔离频率大于10 Hz的振动。
而空间飞行器上的振动频率范围在0.01 Hz～100 Hz之间，因此被动隔振无法达到隔离所有频段振动的要求，必须采用主动隔振。
主动隔振的基本思想[5]是通过传感器测量隔振对象的运动，引入位置、速度、加速度反馈，利用人为附加的外力进行激振，使得产生的振动与原有振动振幅相同但相位相反，从而抵消原有振动。
基于主动隔振技术的大荷载设备振动控制
基于主动隔振技术的大荷载设备振动控制大荷载设备在运行过程中产生的振动问题一直是工程技术领域的重要挑战之一。
振动不仅会对设备本身造成损坏，还会对周围环境和人员安全产生影响。
因此，针对大荷载设备振动问题的控制和减震技术研究具有重要的实际意义。
近年来，基于主动隔振技术的大荷载设备振动控制成为研究热点，取得了显著的进展。
主动隔振技术是一种通过引入控制力来减小系统振动的方法。
其核心思想是通过感知和控制系统的振动状态，运用主动控制手段进行干预，从而实现对设备振动的有效控制。
基于主动隔振技术的大荷载设备振动控制主要包括以下几个方面的内容。
首先，感知和测量振动信号是实现振动控制的前提。
通过在设备关键部位布置合适数量的传感器，可以实时感知到设备的振动状态，并将振动信号转换成与振动强度相关的电信号或数字信号。
传感器的布置位置和数量需要充分考虑设备的振动特点和工作状态，避免盲区和信号干扰。
其次，主动控制器负责接收传感器采集到的振动信号，并进行信号处理和分析。
通过对振动信号进行模态分解、频谱分析等处理方法，可以得到振动特征参数，包括振幅、频率、相位等。
主动控制器需要具备强大的计算和实时响应能力，能够根据振动特征参数的变化，及时调整控制策略和控制力输出。
然后，设计控制策略和算法是实现振动控制的核心。
根据设备的振动特点和控制要求，选择合适的控制策略和算法进行设计，以实现最佳的振动控制效果。
常用的控制策略包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等，而控制算法的选择则需要综合考虑振动控制的精度、计算复杂度、实时性等因素。
最后，通过输出控制力对设备进行振动控制。
主动隔振技术利用电磁悬浮、液压隔振等方法，对设备施加主动控制力，抵消或抑制设备振动。
对于大荷载设备来说，控制力的输出需要具备较高的功率和响应速度，以保证振动控制的效果。
基于主动隔振技术的大荷载设备振动控制所具有的优势不容忽视。
相比于传统的被动隔振技术，主动隔振技术能够根据实时的振动情况进行调节，具备更好的自适应性和抑制能力。
主动隔振实验
实验七主动隔振实验一、实验目的1、了解隔振的基本知识。
2、了解隔振的基本原理。
3、掌握主动隔振效果的测量。
二、实验装置框图图7-1实验装置框图三、实验原理振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。
隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。
二者原理相似，性能也相似。
原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。
有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
在一般隔振设计中，常常用振动传递比T和隔振效率η来评价隔振效果。
主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。
一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。
隔振效率：()%1001⨯-=T η传动比T ：()22222211uD u uD T +-+=式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。
只有传递比小于才有隔振效果。
因此T<1的区域称为隔振区。
由图中的曲线可知： 1、当002f f f <<时，T<1。
系统有放大作用；2、当00f f =时，系统发生共振，传递比极大；3、当0032f f f <<时，作用有限4、0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；5、00106f f f <<时，隔振能力中等（30—40dB ）；6、010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;7、阻尼比D 对T 的影响。
1)虽然在20<ff 的范围内，阻尼比的增大有效地降低共振时的位移振幅，但对20<f f 的隔振区，却反而使传递比增高，对隔振不利。
主动隔振与水下声辐射控制的实验研究
对 于流 体 域 ， 设 流 体是 无 粘 、 旋 的 ， 假 无 而且 质 点
作微 幅振 动 ， 其运 动规 律 由波 动方 程描述 ：
干扰 的非 常有 效 的方 法 ， 信 号处 理 和控 制 领 域 广 泛 在
应 用 。常 用 的 自适 应 算 法 是 Ｆｌ ｒｄＸ Ｌ ｉｅｅ ． ＭＳ算 ｔ
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第 ２ 第 ８期 ９卷
Ｊ ＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＶＩ ＢＲＡ ＯＮ ＴＩ ＡＮＤ Ｓ ＨＯＣＫ
主 动 隔 振 与 水 下 声 辐 射 控 制 的 实 验 研 究
张志谊 ，李 增 ，黄修长 ，华宏 星
２ ０４ ） ０２ ０
（ 上海 交通 大学 机 械 系 统 与振 动 围家 重 点 实 验 室 ， 海 上
进 展 。 。相 比 而言 ， 。 对结 构 在 重 质 流体 巾 的 声 辐 射
主动控制 的研 究 还 比较 少 ， 这部 分 归 因于 水 下 声 辐 射 控制 的特 殊 性 和 有 限 的应 用 。然 而 ， 着 水 下 随
噪声 对海 洋环 境 影 响 的加 剧 ， 辐 射 控 制 就 显 得 越 来 声 越重 要 。船舶动 力 没备 是 导致 船体 结 构振 动 及 水下 声 辐射 的 重要 冈 素 ， 中 低 频 振 动 声 辐 射 义 较 难 控 制 。 其 动 力设备 主动 隔振是减 小 低频 振动 及 声辐 射 的有 效 途 径， 可改善船 舶 舒 适 性 、 制 结 构 的低 频水 下声 辐 射 ， 抑 相关研 究也 较 多 ” 。水 下 结 构声 辐 射 受 流体 影 响 较大， 流体 附加 质 量 和 阻 尼效 应 显 著 地 改 变 了结 构 的
面向精密仪器设备的主动隔振关键技术研究的开题报告
面向精密仪器设备的主动隔振关键技术研究的开题报告一、选题背景在现代科技领域中，精密仪器设备的开发和应用越来越广泛，包括通信、计算机、航空航天、国防等行业。
然而，这些仪器设备对于环境震动非常敏感，这些震动会影响仪器的运行和精度。
因此，采取有效措施进行隔离和减震是保证仪器运行和精度稳定的必要条件。
主动隔离（Active isolation）是一种先进的隔离技术，其通过不同的机械、电子和控制系统，可以使仪器设备在外界震动的情况下保持较为稳定的运行状态。
主动隔离技术不仅能够保护设备免受恶劣工作环境中的振动干扰，还可以延长设备的寿命，提高生产效率。
二、研究目的和意义本研究旨在探索面向精密仪器设备的主动隔离关键技术，为该领域的发展做出贡献。
本研究的主要目的包括：1. 掌握主动隔离的基本原理和相关技术。
2. 研究主动隔离关键技术在精密仪器设备中的应用，比如对环境振动的抑制、对设备运行稳定性的提高等。
3. 设计并实现主动隔离控制系统，通过实验验证其功能和有效性，并分析优化系统性能。
通过本研究，可以为精密仪器设备的应用提供更好的保障，提高设备精度和可靠性，有助于推动科技创新和产业升级。
三、研究内容1. 主动隔离的基本原理和技术2. 震动环境评估和控制3. 主动隔离控制系统的设计和实现4. 主动隔离系统性能测试和分析四、预期研究成果1. 精确的主动隔离控制系统设计和实现。
2. 有效的震动环境评估和控制策略。
3. 可靠的主动隔离控制系统实验结果。
4. 对主动隔离关键技术在精密仪器设备领域的应用进行深入探讨和研究。
五、研究方案本研究计划分为以下几个阶段：1. 阶段一：主动隔离技术研究和原理分析。
掌握主动隔离关键技术的基本原理和机制，以及关键技术的国内外研究现状。
2. 阶段二：震动环境评估和控制。
通过实验和仿真等手段，研究并评估精密仪器设备所处环境中的震动，并探索有效的控制策略。
3. 阶段三：主动隔离控制系统设计和实现。
主动隔振试验实验报告
一、实验目的1. 了解主动隔振的基本原理和操作方法。
2. 掌握主动隔振系统的组成和功能。
3. 分析主动隔振系统的性能指标，评估其隔振效果。
二、实验原理主动隔振是一种利用反馈控制技术，通过调节系统的阻尼和刚度来抑制振动传递的方法。
主动隔振系统主要由传感器、控制器和作动器组成。
传感器用于检测振动信号，控制器根据传感器反馈的信号，利用预设的算法进行实时计算和分析，输出控制信号给作动器，作动器根据控制信号调节隔振系统的刚度和阻尼，从而实现对设备的主动减震和稳定。
三、实验设备1. ZJY-601A型振动教学试验仪2. 计算机3. 空气阻尼器四、实验步骤1. 安装振动教学试验仪，调整其振动频率和振幅。
2. 将传感器安装在试验仪上，连接计算机和传感器，确保数据采集和传输正常。
3. 启动振动教学试验仪，使系统产生振动。
4. 观察传感器采集到的振动信号，并记录相关数据。
5. 利用计算机对传感器采集到的振动信号进行处理，分析振动特性。
6. 根据分析结果，设置控制器参数，调节作动器，进行主动隔振实验。
7. 观察和记录主动隔振实验过程中的振动信号，分析隔振效果。
8. 比较主动隔振前后振动信号的差异，评估主动隔振系统的性能。
五、实验结果与分析1. 振动教学试验仪产生的振动信号经过传感器采集后，计算机实时显示振动波形，如图1所示。
图1 振动信号波形2. 经过分析，振动信号的频率为f1，振幅为A1。
3. 在未进行主动隔振实验前，振动信号经过处理后的频率为f2，振幅为A2。
4. 进行主动隔振实验后，振动信号的频率为f3，振幅为A3。
5. 比较主动隔振前后振动信号的频率和振幅，分析主动隔振系统的性能。
（1）频率变化：主动隔振前后，振动信号的频率变化不大，说明主动隔振系统对振动频率的抑制效果不明显。
（2）振幅变化：主动隔振后，振动信号的振幅明显减小，说明主动隔振系统对振动的抑制效果较好。
六、结论1. 通过主动隔振实验，掌握了主动隔振的基本原理和操作方法。
主动隔振的工作原理
主动隔振的工作原理主动隔振是一种常用于工程和科学应用中的隔振技术，它通过使用传感器和执行器来降低振动和噪音的传递。
与被动隔振相比，主动隔振可以根据实时的振动情况主动调整阻尼和刚度，以实现更好的隔振效果。
主动隔振系统主要由三个部分组成：传感器、控制器和执行器。
传感器用于检测振动信号，将其转化为电信号。
控制器接收传感器的信号，并根据预设的控制算法计算出相应的振动补偿信号。
执行器则根据控制器的输出，对结构物施加相应的力或调整结构的刚度，以减少振动传递。
主动隔振的工作原理可以简要概括为以下几个步骤：1. 传感器检测振动信号：主动隔振系统中的传感器通常是加速度传感器或位移传感器，它们能够实时检测结构物的振动状态，并将其转化为电信号。
2. 控制器分析信号并计算补偿信号：控制器接收传感器的信号，并运行预设的控制算法。
根据振动信号的特征和端点的要求，控制器计算出相应的振动补偿信号。
3. 执行器施加力或调整刚度：根据控制器的输出，执行器对结构物施加相应的力或调整结构的刚度。
这些力和刚度的调整旨在减少振动的能量传递，从而降低结构物的振动幅值和振动频率。
4. 实时调整与反馈控制：主动隔振系统通常具备实时调整和反馈控制的功能，以应对不同条件下的振动情况。
通过不断监测和分析传感器信号，系统可以及时更新控制算法和补偿信号，以实现更高效的振动隔离效果。
总之，主动隔振利用传感器、控制器和执行器的协同工作，能够根据实时振动情况主动调整结构物的阻尼和刚度，从而降低振动的传递。
这种技术在建筑、交通、航空航天等领域中具有广泛应用，可以提高工作环境的舒适度和结构物的耐久性。
实验八 主动隔振和被动隔振(2H)
机械工程基础实验
实验报告书
实验项目名称: 主动隔振和被动隔振
学年：学期：
入学班级：
专业班级：
学号：
姓名：
联系电话：
指导老师：
实验八主动隔振和被动隔振（2H）一、实验目的
二、实验装置与仪器框图
三、实验结果与分析
1. 主动隔振 1） 实验数据
表 1
2） 根据主动隔振方法1）按公式（2）、（4）计算出隔振系数a η和隔振效率a ε。
3）根据主动隔振方法2）按公式（3）、（4）计算出隔振系数a η和隔振效率a ε
4）对两种结果进行对比分析
2． 被动隔振 1）实验数据
隔振系统固有频率0f =（ ）Hz
表 2
（注：本表一定要包含1λ=的两个点）
2）根据表2绘制λη-p 曲线和λε-p 曲线（要求用坐标纸绘制）。
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实验七主动隔振实验
一、实验目的
1、了解隔振的基本知识。
2、了解隔振的基本原理。
3、掌握主动隔振效果的测量。
二、实验装置框图
图7-1实验装置框图
三、实验原理
振动的干扰对人、建筑物以及仪表设备都会带来直接的危害，因此振动的隔离涉及到很多方面。
隔振的作用有两个方面：一、减少振源振动传至周围环境；二、减少环境振动对物体或设备的影响。
二者原理相似，性能也相似。
原理就是在设备和底座之间安装适当的隔振器，组成隔振系统，以减少或隔离振动的传递。
有两类隔振，一是隔离机械设备通过支座传至地基的振动，以减少动力的传递，称为主动隔振；另一种是防止地基的振动通过支座传至需保护的精密仪器或仪器仪表，以减少运动的传递，称为被动隔振。
在一般隔振设计中，常常用振动传递比T和隔振效率η来评价隔振效果。
主动隔振传递比等于物体传递到底座的振动与物体的振动比，被动隔振传递比等于底座传递到物体的振动与底座的振动之比，两个方向的传递比相等。
一般，由物体传递到底座时常用力表示，由底座传递到物体时则用位移、振动速度或振动加速度表示，这样便于应用。
隔振效率：()%1001⨯-=T η
传动比T ：()
2
2
2
2
22
11u
D u u
D T +-+=
式中D 为阻尼比，u=激振频率和共振频率的比。
只有传递比小于才有隔振效果。
因此T<1的区域称为隔振区。
由图中的曲线可知： 1、当002f f f <
<时，T<1。
系统有放大作用；
2、当00f f =时，系统发生共振，传递比极大；
3、当0032f f f <<时，作用有限
4、0063f f f <<时，隔振能力低（20—30dB ）；
5、00106f f f <<时，隔振能力中等（30—40dB ）；
6、010f f >时，隔振能力强（>40dB ）;
7、阻尼比D 对T 的影响。
1)虽然在20<
f
f 的范围内，阻尼比的增大有效地降低共振时的位移振幅，但对
20<
f f 的隔振区，却反而使传递比增高，对隔振不利。
2)在20>
f f
时，D=0与D=0.1的两条曲线极为接近，这就是说，阻尼比D 在此
范围内变化时，T 值的差异不大。
因此，在实际工程中，一般采用D 值
四、实验步骤
1、 仪器安装
把空气阻尼器（1kg ）和质量块组成的弹簧质量系统固定在底座中部，速度传感器放上面，接入数采仪的应变通道，压电加速度传感器放在底座上，接入采集仪的电荷通道将调速电机安装到隔振器上，电机连线接到调压器上。
2、开机进入打开控制分析软件，设置采样频率等参数，正确输入传感器灵敏度，设置双通道时间和频谱示波，并将加速度通道信号积分处理，变为速度显示。
4、调节调压器，使系统产生共振，从频谱图和时间波形中读取频率值0f 以及第一通道的峰值1A 和第二通道的峰值2A 。
f f
5、改变激振频率（电机转速），分别测量002f f f <<、00f f =、0032f f f <<、
0063f f f <<、00106f f f <<、010f f >时，两传感器的振动幅度。
6、根据所测幅值计算传动比和隔振效果
隔振传动比：
21A A T =
隔振效率：()%1001⨯-=T η
五、实验结果和分析。