基于光滑技术的液体无穷模态晃动抑制研究.pdf

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1、基于光滑技术的液体无穷模态晃动抑制研究臧强2015年1月中图分类号：TH139UDC分类号：621.8基于光滑技术的液体无穷模态晃动抑制研究作者姓名臧强学院名称机械与车辆学院指导老师黄杰答辩委员会主席王西彬申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩时间2015年1月SloshSuppressionforInfiniteModesbyUsingSmoothingTechniqueCandidateName:QiangZangSchoolofDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFac

2、ultyMentor:AssociateProfessorJieHuangChair,ThesisCommittee:ProfessorXiBinWangDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:January,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文

3、中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文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

4、，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

5、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

6、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I北京理工大学硕士学位论文AbstractSloshinacontainermayhavesignificantinfluenceonthewholesystem.Theinteractionofthesloshingdynamicswiththecontainermayleadtotheinstabilitiesan

7、ddestroythemechanicalstructureinmanycases.Thecontrolofthesloshingisverychallengingbecausethesloshingdynamicsisverycomplicatedandthestatesvariablesaredifficulttomeasure.Therefore,itiscriticaltodevelopacontrolschemewhichcaneffectivelysuppresssloshtomaintainsafeoperations.Thist

8、hesisstudiesthesloshingdynamicsandcontrolof2Dlinearsloshing,3Dlinearsloshin