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1、1,使用电磁振动吸收器的三自由度结构 非并置式振动控制,2,主要内容,电磁振动吸收器（EMVA）简介使用多重物理量耦合分析软件的电磁 振动吸收器特性三自由度系统的非并置式控制实验研究结论对未来工作的展望,3,1、电磁振动吸收器（EMVA）简介,EMVA 最初的设计形式,改进后的EMVA,电磁振动吸收器：一种在线变频的半主动振动吸收器,-射线长度可调-射线强度可调,4,三个线圈组合,正粒子束,永久磁铁和负极铁心,永久磁铁和阴极接阳极的电磁石,2、电磁振动吸收器的特性,5,科姆索尔解析分析方法：研究间隙里的磁场泄露强度,科姆索尔圆环面模型（直流/交流 静磁）,圆柱解析模型,6,简化的模型（直流/交
2、流 静磁，无电流）,模型的简化,内存溢出,有磁石、铁心和永久磁铁的模型（直流/交流 静磁）,7,二维耦合模型,由力引起的电磁波变形,耦合模型的仿真结果（考虑电磁波在内）,耦合模型 1.准静力学电磁模型 2.平面约束模式 3.移动网格模式,电磁波在各种力的 作用下的变形,8,-厚粒子束,(a)18510 A/m;(b)4510 A/m;(c)4510 A/m;(d)18510 A/m.,-薄粒子束,粒子束厚度=1.5 mm.,相位调制 力与位移的关系,粒子束厚度=1.0 mm.,9,3.非并置式振动控制研究,并置式控制：吸收器 和传感器在同一位置,非并置式控制：吸收器和传感器不在同一位置,并置式
3、和非并置式控制,10,抑制 m1振动的方法,单自由度系统,有吸收器的三自由度系统,如何抑制 m1 的振动?,11,有吸收器的三自由度系统的 振动抑制方程,12,解方程,13,完全消除物体（一）的振动,14,特例:振动未被减弱的三自由度系统,完全消除m1的振动,15,两边界限制条件,当 ka 由 0 变为 时,16,两边界情况下的频率响应特性,当 ka 从 0 变到 时的频率响应特性,17,频率响应特性和 更小的最佳频率范围,原始系统三个固有频率 的优化,振动研究的目标：利用共振减弱振动量,18,非并置式振动控制分析,19,完全消除物体（一）的振动,fs1=orfs2=orfs3=,子系统,子系
4、统的固有频率和 G11(s)=0,20,4.实验研究,问题:一个 三自由度系统-在第一层上施加一个激振力-在第一层安装一个加速度计-在第三层安装一个吸振器,实验目标：控制第一层的振动,21,实验系统的建立,三自由度原始系统,振动源,放大器,电脑控制系统,电磁吸振器,加速度计,22,初始系统的物体（一）冲击响应的FFT频谱,K1=17.183103 N/mK2=35.400103 N/mK3=20.617103 N/m,通过扫描实验确认,通过一系列复杂的方法找出刚度,冲击 测试,通过冲击测试找出原始系统的刚度,23,冲击测试,采用吸收器测试系统 冲击和扫描测试,预调整和安装吸收器,fs2=f2或
5、 fs3=f3,24,物体（一）的冲击响应FFT 频谱,.,吸收器预设参数不同情况下的 冲击响应,当 f s2=f 2时，物体（一）的 冲击响应FFT 频谱,当 f s3=f 3时，物体（一）的 冲击响应FFT 频谱,25,吸收器的频率预调整到 16.569 Hz.,吸收器的频率预调整到 29.256 Hz.,吸收器电流变化范围,Apply current I=02.3 AI=2.3-2.3 AI=-2.3 A 2.3 AStep=0.1 A,吸收器电流和固有频率之间的关系,26,与激振频率相对的稳态加速度的大小,.,fs2=f2,fs3=f3,扫描电流 I=-2.3 A 2.3 A,通过扫描
6、实验确认频率响应特性,27,I 和 fa 的关系,.,平均曲线调和,平均曲线调和,通过平均值建立关系,28,子系统:从电流 I 得出固有频率 fsi,Ks,Ms,子系统矩阵,29,fsi 和 I 的关系,用子系统的固有频率确定电流,30,基于RMS（均方值）的调谐方法考虑物体（一）的加速度信号的均值平方,基于 FFT 的调谐方法仅仅考虑激振频率,基于FFT的调谐和微调的方法 考虑激振频率和物体（一）的加速度信号的均值平方,三种调谐方法,31,方法1 基于 FFT 的调谐,三自由度初始系统,电脑电流,电磁振动吸收器,加速度计,FFT,激振频率,ACD波形采样器,数/模转换,32,方法2-基于FF
7、T的调谐和微调的方法,三自由度原始系统,电脑电流,电磁吸振器,加速度计,FFT,激振频率,ACD波形采样,数模转换,加速度信号的均方值,33,方法3-基于RMS 的调谐方法,三自由度原始系统,电脑电流,MEVA,加速度计,均方值计算,ACD采样器,数模转换,加速度信号的均方值,MEVA,电磁吸振器,34,方法（一）的结果,t=0:7.5(s),f=17.7 Hz(抗共振)t=7.5:17.5(s),f=18.86 Hz(第三固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=16.24 Hz(第二固有频率，全系统),t=0:7.5(s),f=32.08 Hz(抗共振)t=7.5:17.5(s),f
8、=33.292 Hz(第四固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=29.97 Hz(第三固有频率，全系统),35,方法（二）的结果,t=0:7.5(s),f=17.7 Hz(抗共振)t=7.5:17.5(s),f=18.86 Hz(第三固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=16.24 Hz(第二固有频率，全系统),t=0:7.5(s),f=32.08 Hz(抗共振)t=7.5:17.5(s),f=33.292 Hz(第四固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=29.97 Hz(第三固有频率，全系统),36,方法（三）的结果,t=0:7.5(s),f=17.7 Hz(抗
9、共振)t=7.5:17.5(s),f=18.86 Hz(第三固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=16.24 Hz(第二固有频率，全系统),t=0:7.5(s),f=32.08 Hz(抗共振)t=7.5:17.5(s),f=33.292 Hz(第四固有频率，全系统)t=17.5:40(s),f=29.97 Hz(第三固有频率，全系统),37,科姆索尔方法可以有效应用于电磁吸振器特性研究中。在有关电磁学、力和多物理量的问题中，应该使用耦合模型来仿真。在大多数情况下，非并置式物体的振动可以通过调整吸收器刚度被彻底的减弱（当 fsi=f 并且 c=0时）。如果系统的物理条件相同，基于FFT的方法可以控制非并置式物体的振动。基于均方根的方法,通过对非并置式物体均方根的分组，来控制它的振动。仅当频谱图是单峰时，此方法的运用受限制。,5.结 论,38,6.展 望,使用多物理量耦合方法的非并置式控制展望.Develop and implement a wider bandwidth EMVA by adding an additional controller.Control every mass of the system by combining collocated and non-collocated control.,39,谢谢!,
