基于光滑技术的液体无穷模态晃动抑制研究

发布时间：2017-08-06 21:07

  本文关键词：基于光滑技术的液体无穷模态晃动抑制研究

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【摘要】：贮箱内液体晃动对系统动力学有显著影响，其影响系统运动稳定性，破坏机械结构；液体晃动动力学过程复杂，状态变量难以测量，系统柔性大，使得液体晃动控制成为难题。本论文分别对二维/三维液体小幅晃动、二维液体大幅晃动的动力学特性与控制方法展开研究，主要贡献和创新点分为三个部分： 本论文研究了二维液体小幅晃动问题，首创能够有效抑制液体无穷模态振动的方法。前人所提控制方法没有考虑高阶模态对系统的影响，，控制效果差。本研究分析了高阶模态对系统动力学的影响，设计了两种控制器，能够抑制液体无穷模态的晃动。第一种方法是利用基础模态的频率作为设计频率，设计了一种命令光滑器来消除无穷模态振动；第二种方法是复合控制器，分别使用基础模态频率和第三模态频率作为设计参数，复合控制器具有陷波和低通滤波特性，也能够消除无穷模态的晃动。仿真和实验数据显示所提方法有很好的控制效果。 本论文首次研究了三维液体小幅晃动动力学与控制问题。实际应用中，液体为三维晃动，之前没有学者对三维液体晃动的控制问题进行过研究。平面激励下，贮箱内液体有两个基础晃动模态，另外还有无数个高阶模态。基于此，我们对控制器进行频率修正，允许控制器在模型频率处有一定的容许残余振动，增加了控制器的频率不敏感范围，仿真和实验结果验证了方法的有效性和鲁棒性。 本论文对二维液体非线性晃动控制问题进行了开创性研究。液体非线性晃动时，由于模态耦合，偶数模态对系统有影响，在设计控制器时，我们考虑了偶数模态的影响，并首次在晃动抑制效果评价体系中引入瞬态抑制指标。实验数据显示设计的控制器能有效地抑制液体瞬态晃动和残余晃动。 本论文基于光滑技术提出了四种控制方法，都能在开环下抑制液体无穷模态的振动，控制器具有设计简单、易于安装、效果好等特点，研究成果对于大型液罐车行驶稳定性和航天器飞行控制等方面的研究有重要意义，应用前景广阔。
【关键词】：二维/三维晃动动力学 晃动抑制 无穷模态 鲁棒性 瞬态和残余振动 光滑技术
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O353.1;TB535
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究的目的和意义10-11
• 1.2 液体晃动抑制研究现状11-13
• 1.3 本论文的科学贡献13-14
• 1.4 本论文的组织结构14-16
• 第2章 矩形贮箱内液体无穷模态抑制研究16-32
• 2.1 研究背景16
• 2.2 液体二维小幅晃动动力学建模16-20
• 2.3 控制方法设计20-27
• 2.3.1 命令光滑器设计20-22
• 2.3.2 Input Shaping 与命令光滑技术复合22-25
• 2.3.3 仿真验证25-27
• 2.4 实验结果27-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第3章 液体三维线性晃动动力学及晃动抑制研究32-50
• 3.1 研究背景32
• 3.2 液体三维晃动动力学建模32-38
• 3.3 控制器设计38-46
• 3.3.1 容许残余振动的命令光滑器设计38-42
• 3.3.2 Input Shaper 与低通滤波器复合42-43
• 3.3.3 鲁棒性验证43-46
• 3.4 实验验证46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 液体非线性晃动动力学与控制方法研究50-66
• 4.1 研究背景50
• 4.2 非线性晃动动力学建模50-57
• 4.3 控制方法设计57-62
• 4.3.1 复合光滑器设计57-59
• 4.3.2 复合滤波器59-60
• 4.3.3 数值仿真60-62
• 4.4 实验结果62-65
• 4.5 本章小结65-66
• 总结与展望66-68
• 总结66-67
• 展望67-68
• 参考文献68-74
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单74-75
• 致谢75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 包光伟;平放柱形贮箱内液体晃动的等效力学模型[J];上海交通大学学报;2003年12期

2 彭浩,包光伟;工业包装线上开口容器内液体的晃动控制[J];上海交通大学学报;2005年01期

3 包光伟,王政伟;液体三维晃动特征问题的有限元数值计算方法[J];力学季刊;2003年02期

本文编号：631422