主动隔振和混合隔振技术的现状

主动隔振和混合隔振技术的现状 振动系统包括三部分：振动源，振动传播路径及振动接受结构。振动隔离 指的是在振动的传播途径中加入适当的元件， 以减小传递到接收结构的振动强度。 隔振技术广泛应用于土木、航空航天、精密制造与加工等领域。隔振是振动控制中研究最多、 应用最广的一项振动控制技术 , 大致分为被动 隔振、主动隔振和主 / 被动混合隔振三类。被动隔振是在振动传播途径中加入被 动元件，如弹簧，橡胶，空气弹簧等，以减小传递到接受结构的振动强度。结构 简单、易于实现、工作可靠、不需要额外消耗外界能源是被动隔振的突出优点。 鉴于此，被动隔振在工程中得到了广泛的应用。随着科学技术的不断飞速发展， 人们对结构的承载能力和振动控制精度提出 了更高的要求：目前大型化、低刚度与柔性化是航天器结构的一个重要发展趋势。 这些大型模块化的空间站、 太阳能电池板、卫星天线、光学系统及其支撑体结构、 空间机械臂等，要在相当长的时间内保证极高的运行精度； 未来的人类社会对 “制 空天权的争夺将会愈演愈烈， 空天军的作战空域在外层空间， 对武器平台的精度 和稳定度有着很高的要求， 特别是激光平台等光机电一体系统需要对微米级的振 动进行控制， 因而对环境及系统本身振源的振动控制要求很高； 近年来的精密仪 器随着其功能的不断丰富， 越来越趋向大型化， 甚至已经有了总重量超过 10吨的 装置，由于装置的不断大型化， 要将装置本身的固有频率维持在高水平已经变得 很困难，因此就算以往根本不成问题的低频振动也受到了影响， 这些将给传统的 被动结构及振动控制方法带来严峻的考验， 必须开发能够承受大的工作载荷并且 对于低频振动也能有优异隔振性能的主动隔振系统。同被动隔振技术相比 , 主动 隔振特别是对低频区和共振区振动的隔离具有明显的优势。 最近几年，各技术先 进国家竞相研究， 并开始将其应用于某些大型的空间结构减振上， 同时主动隔振 技术特别适用于对微小振动的控制 , 广泛地用于精密仪器的隔振。主动隔振是在被动隔振的基础上， 加入能产生满足一定要求的作动器， 或者 用作动器代替被动隔振装置的部分或全部元件， 根据所检测到的振动信号， 应用 一定的控制策略驱动作动器， 从而达到抑制或消除振动的目的， 它特别适用于超 低频隔振和高精度隔振。 主动隔振技术有着悠久的历史， 可以追溯到 18世纪，用 离心摆调节蒸汽机转速和纵擒机调节钟表周期的应用中。 从上世纪 50年代起，主 动控制减振取得三项技术突破，即实现机翼颤振的主动阻尼，提高了飞机航速； 磁浮轴承控制离心机转子成功， 创造出分离铀同位素的新工艺； 主动隔振提供超 静环境，保证惯导系统满足核潜艇和洲际导航的精度要求。 真正使用电子技术进 行主动振动控制开始于 60年代，因此之后的十几年成为主动振动控制发展的重点 突破阶段。从70年代起人们开始广泛探索主动振动控制在各个工程领域应用的阶 段。80年代后主动振动控制技术在抑制航天结构振动控制、 精密设备或精密产品 加工中的振动控制、 高挠性土木工程结构振动控制以及车辆半主动振动控制方面 得到了广泛的应用。主动隔振器主要由受控对象、作动器、控制器、测量系统和能源组成，其发 展主要决定于作动器、 控制器和隔振结构的发展。 主动隔振按形式可分为完全主 动隔振和主动 /被动混合隔振。由于完全的主动隔振结构较复杂、需消耗大量的 能源，因而限制了它的应用。 混合隔振综合了主被动隔振的优点， 有着更大的发 展空间。混合隔振 (Hybrid Vibration Isolation) 是 20 世纪 80 年代发展起来的综合被动 隔振和主动隔振技术的新型隔振技术 , 也被称为一体化振动控制( Integrated Control) ，混合控制 (Mixed Control) 或者组合控制 (Combined Control) 。它将 主动控制和被动控制两种控制手段在结构中同时应用、相互融合, 综合了被动隔振和主动隔振的优点 , 弥补了各自缺点 , 以期达到隔离整个频率范围内振动的效 果。其本质特点是同时采用主、被动控制手段 , 通过主、被动隔振系统的联合优 化设计 , 以较低的成本在宽频带范围内最大程度地隔离振动的传递 , 并保持系统 的稳定性 , 较好地满足工程需要。振动的主、被动控制可以用动力学方程和系统 的状态方程等数学模型描述 , 这些模型形式不同但内容统一 ,并可以相互转化 ,这 为混合隔振系统分析和设计提供了有利条件。 国外在混合隔振技术方面起步较早 做了许多研究 , 并且在开发新型混合隔振元器件方面做了大量的工作 , 申请了许 多专利。相比较而言 ,我国在混合隔振方面的研究相对较晚 , 并且主要集中在航天、 精密机床和工程建筑等领域。 混合隔振系统设计的实质就是被动隔振系统和主动 控制系统的联合优化设计，它将给隔振结构设计带来了新的更高的要求。