时滞耦合振动系统振动抑制理论与实验研究

The project is a fundamental research in both theory and application, which primarily aims at theoretical and experimental study of vibration suppression in time delay coupled vibration system. The following three scientific problems are mainly studied: (1) the effect of time delay on transient vibration suppression of basic theory and experimental research in time delay coupled vibration system; (2) time delay coupling on the saturation control failure to theoretical research and experiment of repairing mechanism; (3) maching relationship between delayed active control and excitation frequency and amplitude based on theroetical and experimental research. The major objectives of this project are to understanding the law and mechanism of the effect of nonlinearity and internal resonance on energy transfer between subsystems in the time delay coupled vibration system. The project focuses on using the coupled time delay controller to change the stiffness of the system, to bulid a bridge system vibration energy redistribution by adjusting the control parameters of coupling strength and time delay, to actively adjust the time delay controller according to the change of external excitation frequency and amplitude, to achieve the transient and steady vibration suppression of the target system. The major contribution of this project is to establish the theoretical and applied foundation for using delay to suppress vibration of structure, and to basically formulate the analysis method to study the time delay coupled vibration system. In this project, based on the studies on dynamics, having frofound knowledge on energy transfer as well as its dynamical mechanisms can favor the optimization of the system, design of the control strategy and the achievement of good performance of vibration suppression.

本项目定位于应用基础性研究，针对时滞耦合振动系统开展振动抑制理论与实验研究。通过对(1)时滞耦合对结构瞬态振动的控制理论基础与实验研究；(2)时滞耦合对饱和控制失效进行修复的机理研究与实验实现；(3)时滞主动控制与外激励频率和振幅之间的匹配关系理论与实验三个科学问题进行研究，认识时滞耦合振动系统中非线性和内共振对系统振动能量在各子系统间传递的规律和产生的机制，重点研究利用耦合时滞控制器改变系统刚度，通过调节耦合强度和时滞等控制参数建立起振动能量在各子系统间重新分配的桥梁，根据外激励频率和振幅的变化主动调节时滞控制器，实现抑制目标系统瞬态和稳态振动的目的。建立起主动利用时滞抑制结构振动的理论依据和应用基础，初步形成时滞耦合振动系统研究的分析方法。在本项目中，对动力学的研究是基础，深刻认识时滞耦合系统振动能量传递的动力学机制则有助于对系统进行优化和控制策略的设计以及好的振动抑制效果的获得。

随着控制理论、计算机技术的飞速发展，以及高精密和高灵敏度的传感器和作动器的研制，振动主动控制技术在航空、航天、机械、建筑、交通等领域得到了广泛的应用。本项目定位于应用基础研究，对机械、航空航天和交通等领域的振动与控制问题进行了理论与实验研究。理论研究具体有: （1）非线性饱和控制系统中物理参数及控制参数对饱和控制的影响规律研究。饱和控制及内共振对系统振动的影响及在工程中的应用研究。（2）非线性时滞反馈控制系统稳定性及稳定区域的研究。系统物理参数及控制参数对系统振动的影响及时滞反馈控制在工程中的应用研究。（3）扭转振动系统时滞反馈控制的优化设计研究。（4）连续屏障在地面和桩振源激励下的隔振效果分析。实验研究具体有: （1） 非线性悬臂梁饱和控制的实验研究。（2）两自由度时滞反馈隔振控制系统实验研究。（3）轻轨箱梁振动实测及分析。研究结果表明，当振动系统存在1:2内共振时，系统出现饱和控制现象。饱和控制在共振点附近减振效果很好，并且对外激励振幅不敏感。饱和控制的振幅受到系统阻尼，非线性系数，内共振解谐参数等物理参数的影响。通过调节耦合强度和时滞量能够调节饱和控制振幅的大小及饱和控制频带的宽度。对时滞反馈控制系统进行优化设计能够在较宽的频率范围内获得好的振动控制效果。对连续屏障隔振效果的分析表明，锚杆约束聚氨酯硬泡连续墙的使用增加了连续屏障的刚度，提高了整体稳定性。对轻轨箱梁的振动实测表明，近轨时箱梁各部位的振动明显大于远轨时箱梁的振动，底板和翼缘的振动强度大于腹板。以上理论和实验研究得到的结果对结构振动与控制学科的发展提供了可靠的参考，为非线性动力学的发展起到了推动作用，为时滞动力学在结构振动与控制领域的应用提供了理论依据。