气动肌肉与负刚度机构在宽频隔振中的应用研究

"基于气动肌肉和负刚度机构的主、被动宽频隔振研究 (2014年)" 本文是一篇关于微振动宽频隔振技术的研究论文，重点探讨了利用气动肌肉和负刚度机构构建的一种新型隔振系统。在工程技术和振动冲击领域，这种隔振技术具有重要的应用价值，旨在实现隔振效果的简单化、可靠性、低能耗和高效性。 气动肌肉，也称为气动致动器，是一种利用压缩空气作为动力源的柔性执行器，具有重量轻、响应速度快和能够提供较大推力的特点。在隔振系统中，它们被用来产生和控制运动，通过改变内部气压来改变其长度和张力，从而抵消或减小外部振动的影响。 负刚度机构是一种特殊的机械装置，其特性是当受到外力时，其刚度会呈现负值，这使得系统在某些条件下可以实现准零刚度，即系统可以近乎无阻尼地自由振动。在隔振系统中，负刚度机构可以显著降低系统的固有频率，扩大隔振频带，提高隔振效果。 论文首先建立了包含气动肌肉和负刚度机构的隔振系统的动力学模型。通过对模型的分析，研究人员探索了系统的准零刚度特性，使用近似解析方法和数值计算方法研究了系统的振动传递率、振动响应以及可能出现的非线性动态行为。这些分析对于理解和优化系统的隔振性能至关重要。 接下来，论文介绍了如何结合反演控制设计、自适应控制和滑模控制技术，制定出针对系统低频振动的主动控制策略。主动控制是通过实时监测和调整系统状态，以进一步改善隔振性能。数值模拟结果显示，采用这种主动控制方式，可以在被动隔振的基础上拓宽低频隔振频带，对于幅值小于5mm的激励，隔振频率可以降低到0.033 Hz。而在0.033 Hz以下的超低频范围内，主动控制能够实现低能耗的高精度隔振。 这项研究提出的基于气动肌肉和负刚度机构的主被动隔振系统，通过优化设计和控制策略，实现了对微振动的有效抑制，尤其是在宽频范围内。这种系统结合了被动隔振的稳定性与主动隔振的精确性，有望在航空航天、精密仪器、机械设备等领域提供高效、节能的振动解决方案。