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振動系統包括三部分:振動源,振動傳播路徑及振動接受結構。振動隔離指的是在振動的傳播途徑中加入適當的元件,以減小傳遞到接收結構的振動強度。隔振技術廣泛應用於土木、航空航天、精密制造與加工等領域。
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?主動隔振
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隔振是振動控制中研究最多、應用最廣的壹項振動控制技術,大致分為被動隔振、主動隔振和主/被動混合隔振三類。被動隔振是在振動傳播途徑中加入被動元件,如彈簧,橡膠,空氣彈簧等,以減小傳遞到接受結構的振動強度。結構簡單、易於實現、工作可靠、不需要額外消耗外界能源是被動隔振的突出優點。鑒於此,被動隔振在工程中得到了廣泛的應用。
隨著科學技術的不斷飛速發展,人們對結構的承載能力和振動控制精度提出了更高的要求:目前大型化、低剛度與柔性化是航天器結構的壹個重要發展趨勢。
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?主動隔振
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這些大型模塊化的空間站、太陽能電池板、衛星天線、光學系統及其支撐體結構、空間機械臂等,要在相當長的時間內保證極高的運行精度;未來的人類社會對制空天權的爭奪將會愈演愈烈,空天軍的作戰空域在外層空間,對武器平臺的精度和穩定度有著很高的要求,特別是激光平臺等光機電壹體系統需要對微米級的振動進行控制,因而對環境及系統本身振源的振動控制要求很高。
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近年來的精密儀器隨著其功能的不斷豐富,越來越趨向大型化,甚至已經有了總重量超過10噸的裝置,由於裝置的不斷大型化,要將裝置本身的固有頻率維持在高水平已經變得很困難,因此就算以往根本不成問題的低頻振動也受到了影響,這些將給傳統的被動結構及振動控制方法帶來嚴峻的考驗,必須開發能夠承受大的工作載荷並且對於低頻振動也能有優異隔振性能的主動隔振系統。
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?主動隔振
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同被動隔振技術相比,主動隔振特別是對低頻區和***振區振動的隔離具有明顯的優勢。最近幾年,各技術先進國家競相研究,並開始將其應用於某些大型的空間結構減振上,同時主動隔振技術特別適用於對微小振動的控制,廣泛地用於精密儀器的隔振。
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主動隔振是在被動隔振的基礎上,加入能產生滿足壹定要求的作動器,或者用作動器代替被動隔振裝置的部分或全部元件,根據所檢測到的振動信號,應用壹定的控制策略驅動作動器,從而達到抑制或消除振動的目的,它特別適用於超低頻隔振和高精度隔振。
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主動隔振技術有著悠久的歷史,可以追溯到18世紀,用離心擺調節蒸汽機轉速和縱擒機調節鐘表周期的應用中。從上世紀50年代起,主動控制減振取得三項技術突破,即實現機翼顫振的主動阻尼,提高了飛機航速;磁浮軸承控制離心機轉子成功,創造出分離鈾同位素的新工藝;主動隔振提供超靜環境,保證慣導系統滿足核潛艇和洲際導航的精度要求。
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真正使用電子技術進行主動振動控制開始於60年代,因此之後的十幾年成為主動振動控制發展的重點突破階段。從70年代起人們開始廣泛探索主動振動控制在各個工程領域應用的階段。80年代後主動振動控制技術在抑制航天結構振動控制、精密設備或精密產品加工中的振動控制、高撓性土木工程結構振動控制以及車輛半主動振動控制方面得到了廣泛的應用。
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?主動隔振
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主動隔振器主要由受控對象、作動器、控制器、測量系統和能源組成,其發展主要決定於作動器、控制器和隔振結構的發展。主動隔振按形式可分為完全主動隔振和主動/被動混合隔振。由於完全的主動隔振結構較復雜、需消耗大量的能源,因而限制了它的應用。混合隔振綜合了主被動隔振的優點,有著更大的發展空間。
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混合隔振(Hybrid Vibration Isolation)是20世紀80年代發展起來的綜合被動隔振和主動隔振技術的新型隔振技術,也被稱為壹體化振動控制(Integrated Control),混合控制(Mixed Control)或者組合控制(Combined Control)。它將主動控制和被動控制兩種控制手段在結構中同時應用、相互融合,綜合了被動隔振和主動隔振的優點,彌補了各自缺點,以期達到隔離整個頻率範圍內振動的效果。其本質特點是同時采用主、被動控制手段,通過主、被動隔振系統的聯合優化設計,以較低的成本在寬頻帶範圍內最大程度地隔離振動的傳遞,並保持系統的穩定性,較好地滿足工程需要。
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振動的主、被動控制可以用動力學方程和系統的狀態方程等數學模型描述,這些模型形式不同但內容統壹,並可以相互轉化,這為混合隔振系統分析和設計提供了有利條件。國外在混合隔振技術方面起步較早,做了許多研究,並且在開發新型混合隔振元器件方面做了大量的工作,申請了許多專利。
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相比較而言,我國在混合隔振方面的研究相對較晚,並且主要集中在航天、精密機床和工程建築等領域。混合隔振系統設計的實質就是被動隔振系統和主動控制系統的聯合優化設計,它將給隔振結構設計帶來了新的更高的要求。