Aislamiento de vibración activo y aislamiento de vibración híbrido: adecuado para aislamiento de vibración de alta precisión y frecuencia ultrabaja.
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El sistema de vibración consta de tres partes: fuente de vibración, ruta de propagación de la vibración y estructura receptora de la vibración. El aislamiento de vibraciones se refiere a agregar componentes apropiados en la ruta de propagación de la vibración para reducir la intensidad de la vibración transmitida a la estructura receptora. La tecnología de aislamiento de vibraciones se utiliza ampliamente en los campos de ingeniería civil, aeroespacial, fabricación de precisión y procesamiento.
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El aislamiento de vibraciones es la tecnología de control de vibraciones más investigada y utilizada, que se puede dividir aproximadamente en aislamiento de vibraciones pasivo, aislamiento de vibraciones activo y aislamiento de vibraciones híbrido activo y pasivo. El aislamiento pasivo de vibraciones consiste en agregar componentes pasivos, como resortes, caucho, resortes neumáticos, etc. para reducir la intensidad de la vibración transmitida a la estructura receptora. Las ventajas destacadas del aislamiento pasivo de vibraciones son su estructura sencilla, su fácil implementación, su funcionamiento fiable y su ausencia de consumo de energía externa adicional. En vista de esto, el aislamiento pasivo de vibraciones se ha utilizado ampliamente en ingeniería.
Con el rápido desarrollo de la ciencia y la tecnología, la gente ha planteado requisitos más altos para la capacidad de carga y la precisión del control de vibraciones de las estructuras: actualmente, la baja rigidez y flexibilidad a gran escala son tendencias de desarrollo importantes de estructuras de naves espaciales.
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Se trata de grandes estaciones espaciales modulares, paneles solares, antenas de satélite, sistemas ópticos y sus estructuras de soporte, brazos robóticos espaciales, etc. , debe garantizar una precisión operativa extremadamente alta durante mucho tiempo; en el futuro, la sociedad humana competirá por el derecho a controlar el espacio. El espacio aéreo de combate de la Fuerza Aérea se encuentra en el espacio exterior, lo que requiere alta precisión y estabilidad de las plataformas de armas. En particular, los sistemas optomecatrónicos, como las plataformas láser, necesitan controlar vibraciones a nivel de micras, por lo que los requisitos de control de vibraciones para las fuentes de vibración del entorno y el sistema en sí son muy altos.
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En los últimos años, con el continuo enriquecimiento de funciones, los instrumentos de precisión se han vuelto cada vez más grandes, e incluso se han construido dispositivos con un peso total de más de 10 toneladas. A medida que los dispositivos siguen creciendo, se vuelve muy difícil mantener la frecuencia natural del dispositivo en un nivel alto, por lo que incluso las vibraciones de baja frecuencia que no eran un problema en el pasado se ven afectadas, lo que traerá desafíos a las estructuras pasivas y las vibraciones tradicionales. métodos de control.Ven a una prueba severa. Por lo tanto, es necesario desarrollar dispositivos que puedan soportar grandes cargas de trabajo y que tengan excelentes propiedades de aislamiento de vibraciones para vibraciones de baja frecuencia.
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? ¿Aislamiento activo de vibraciones
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En comparación con la tecnología de aislamiento de vibraciones pasivas, el aislamiento de vibraciones activo tiene ventajas obvias, especialmente para el aislamiento de vibraciones en áreas de baja frecuencia y * * áreas de vibración. En los últimos años, varios países tecnológicamente avanzados han estado compitiendo para estudiarlo y comenzar a aplicarlo a la reducción de vibraciones de algunas grandes estructuras espaciales. Al mismo tiempo, la tecnología de aislamiento activo de vibraciones es especialmente adecuada para el control de pequeñas vibraciones y se utiliza ampliamente en el aislamiento de vibraciones de instrumentos de precisión.
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El aislamiento activo de vibraciones se basa en el aislamiento pasivo de vibraciones, agregando un actuador que pueda cumplir ciertos requisitos o usándolo como actuador para reemplazar algunos o todos los componentes del dispositivo de aislamiento pasivo de vibraciones. Según la señal de vibración detectada, se aplica una determinada estrategia de control para hacer que el actuador suprima o elimine la vibración. Especialmente adecuado para aislamiento de vibraciones de frecuencia ultrabaja y aislamiento de vibraciones de alta precisión.
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La tecnología de aislamiento activo de vibraciones tiene una larga historia, que se remonta al siglo XVIII. Se utiliza para ajustar la velocidad de las máquinas de vapor con péndulo centrífugo y el período de los relojes con escape. Desde la década de 1950, el control activo de la vibración ha logrado tres avances tecnológicos: amortiguación activa del aleteo, que aumenta la velocidad de los aviones; cojinetes magnéticos que controlan con éxito los rotores centrífugos, creando un nuevo proceso para la separación activa de isótopos de uranio. La vibración proporciona un entorno ultrasilencioso y Garantiza que el sistema de navegación inercial cumpla con los requisitos de precisión de los submarinos nucleares y la navegación intercontinental.
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El uso real de la tecnología electrónica para el control activo de vibraciones comenzó en la década de 1960, por lo que la siguiente década se convirtió en una etapa clave en el desarrollo del control activo de vibraciones. Desde la década de 1970, la gente ha comenzado a explorar la etapa de aplicación del control activo de vibraciones en diversos campos de la ingeniería. Desde la década de 1980, la tecnología de control activo de vibraciones se ha utilizado ampliamente en el control de vibraciones de estructuras aeroespaciales, control de vibraciones en equipos de precisión o procesamiento de productos de precisión, control de vibraciones de estructuras de ingeniería civil altamente flexibles y control de vibraciones semiactivas de vehículos.
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? ¿Aislamiento activo de vibraciones
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Los aisladores de vibraciones activos están compuestos principalmente por objetos controlados, actuadores, controladores, sistemas de medición y energía. Su desarrollo depende principalmente del desarrollo de actuadores, controladores y estructuras de aislamiento de vibraciones. El aislamiento de vibraciones activo se puede dividir en aislamiento de vibraciones completamente activo y aislamiento de vibraciones híbrido activo y pasivo. Debido a la estructura compleja y al alto consumo de energía del aislamiento de vibraciones totalmente activo, su aplicación es limitada. El aislamiento de vibraciones híbrido combina las ventajas del aislamiento de vibraciones activo y el aislamiento de vibraciones pasivo, y tiene un mayor margen de desarrollo.
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El aislamiento de vibraciones híbrido es una nueva tecnología de aislamiento de vibraciones que combina el aislamiento de vibraciones pasivo y la tecnología de aislamiento de vibraciones activo. También se denomina control integrado, control híbrido o control combinado. Combina control activo y control pasivo en la estructura, integra las ventajas del aislamiento de vibraciones pasivo y el aislamiento de vibraciones activo, y compensa sus deficiencias para lograr el efecto de aislamiento de vibraciones en todo el rango de frecuencia.
Su característica esencial es utilizar métodos de control activo y pasivo al mismo tiempo y, mediante el diseño de optimización conjunta de sistemas de aislamiento de vibraciones activos y pasivos, puede aislar la transmisión de vibraciones en la mayor medida dentro de una amplia banda de frecuencia a un bajo costo. , mantener la estabilidad del sistema y poder lograr mejores resultados para satisfacer las necesidades del proyecto.
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El control activo y el control pasivo de la vibración pueden describirse mediante modelos matemáticos como ecuaciones dinámicas y ecuaciones de estado del sistema. Estos modelos tienen diferentes formas pero contenido unificado y pueden transformarse entre sí, proporcionando condiciones favorables para el análisis y diseño de sistemas híbridos de aislamiento de vibraciones. Los países extranjeros comenzaron temprano en la tecnología híbrida de aislamiento de vibraciones, investigaron mucho, trabajaron mucho en el desarrollo de nuevos componentes híbridos de aislamiento de vibraciones y solicitaron muchas patentes.
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En comparación, la investigación de mi país sobre el aislamiento de vibraciones híbridas es relativamente tardía y se concentra principalmente en la industria aeroespacial, máquinas herramienta de precisión, construcción de ingeniería y otros campos. La esencia del diseño del sistema híbrido de aislamiento de vibraciones es el diseño de optimización conjunta del sistema de aislamiento de vibraciones pasivo y el sistema de control activo, lo que traerá requisitos nuevos y más altos al diseño de la estructura de aislamiento de vibraciones.