时滞动力吸振器的控制参数优化和实验实现

This project, which studies the nonlinear system with a time-delayed absorber, is a fundamental research in both theory and application. Based on the investigation on the following three scientific problems: (1) modelling and dynamical analysis of an absorber with multiple time delays; (2) optimal design of control parameters of the time-delayed absorber; and (3) experimental implementation of a nonlinear vibration system with a time-delayed absorber, we propose to develop a general method to identify the inherent time delay and provide the basis for the positive effect of the inherent time delay; to model the dynamic absorber with multiple time delays and reveal its vibration control mechanism; to study the quantitative relation between the control parameters (that is, intentional time delay and feedback gains), control force and control effect; to build the experimental facility of the nonlinear system with a time-delayed absorber and investigate the complex dynamic behaviors under the combined action of time delays and non-smooth factor. In this project, the research on the dynamic behavior of the nonlinear system with time delays plays the fundamental role and the key problem is the treatment of time delays and non-smooth factor. The main target of this project is to propose optimal design strategies aimed at different control objectives, to deepen the understanding of the effect of time delays and non-smooth factor on vibration control performance, and further to complete the experimental verification. These studies will provide theoretical support and technical guidance for the engineering application of the time-delayed absorber.

本项目定位于应用基础性研究，针对时滞动力吸振器作用下的非线性振动系统，通过(1)含多时滞的动力吸振器的建模与动力学分析；(2)时滞动力吸振器控制参数的优化；(3)时滞动力吸振器作用下的非线性振动系统的实验实现这三个科学问题的研究，提出固有时滞辨识的一般性方法，提供固有时滞可起积极作用的依据；建立含多时滞的动力吸振器模型，揭示其振动控制机理；以主动时滞和反馈增益作为时滞动力吸振器的控制参数，探讨控制参数、控制力和控制效果三者之间的定量关系；构建时滞非线性系统的机械装置，重点探索时滞和非光滑因素联合作用下系统产生的复杂动力学行为。在本项目中，对动力学的研究是基础，对时滞和非光滑因素的处理是关键，针对不同控制目标提出控制参数的优化策略、深刻认识时滞和非光滑因素对吸振器振动控制效果的影响并完成实验验证是本项目研究的主要目标，这些研究将为时滞动力吸振器的工程应用提供理论依据和技术指导。

本项目立足于汽车主动振动控制领域，开展了汽车悬架的时滞反馈控制及其控制参数优化、基于时滞动力吸振器的汽车整车减振这两部分的研究。.在第一部分研究中，首先针对时滞反馈控制下线性悬架，解决了时滞反馈控制参数的单目标和多目标优化问题。单目标优化结果表明：(1)相较于被动控制，最优时滞反馈控制下车身的加速度幅值在不同简谐路面激励频率的降幅维持在19.35%-55.00%；(2)车身和车轮之间存在能量传递；(3)相较于被动控制，当g=500kg，τ=0.01s时车身加速度幅值在频段[4Hz,8Hz]内至少降低18.31%。多目标优化结果表明：(1)在某些激励频率处存在多个最优时滞量；(2)与被动控制和无时滞正反馈控制相比，最优时滞正反馈控制下车身的加速度幅值明显降低。(3)相较于无时滞正反馈控制，最优时滞正反馈控制下车身加速度和控制力幅值至多可降低90.62%。其次，针对时滞反馈控制下非线性悬架，研究了时滞反馈控制参数的单目标和多目标优化。结果表明，相较于无时滞正反馈控制，最优时滞正反馈控制下车身加速度和控制力幅值在不同激励频率的降幅维持在35.22%-80.06%。.在第二部分研究中，首先，建立了线性时滞动力吸振器作用下整车垂向振动的实验模型，辨识得到模型的物理参数取值和反馈控制回路中总的固有时滞量。其次，开展了简谐基础激励下线性时滞动力吸振器对整车振动控制的实验研究。结果表明，当被动式动力吸振器完全失效时，合理的时滞反馈控制参数取值可以改善吸振器的减振效果。最后，分别分析了简谐和随机路面激励下非线性时滞动力吸振器的减振效果。结果表明，在简谐路面激励下，经时滞反馈控制参数的单目标优化，吸振器的减振效果显著提升；在随机路面激励下，相较于被动控制，当g=0.3kg，τ=0.02s时整车的加速度均方根值降低了15.0%。.本项目的研究为时滞动力吸振器和时滞反馈控制在汽车主动振动控制领域的工程应用提供了理论指导和实验佐证。