[01017458]复杂机械系统自供能主被动一体自适应振动控制方法

该项目属于机械动力学与振动领域。 复杂机械系统，如高参数超临界机组，大型风力发电设备，高效运输技术与装备等是国家经济发展和国防建设的关键核心设备。这些复杂机械系统因为高速、变工况、长期运行磨损等会产生复杂宽频振动，对其服役性能、健康状态和使用寿命影响巨大。传统被动控制已经无法满足复杂机械系统的动力学性能要求。半主动/主动控制可以针对实时振动状态进行有效控制。但是如何便捷的实时获取复杂机械系统的振动信息？如何从复杂振动噪声信号中提取有效振动信息进而萃取特征指标与控制目标？如何克服传统主动控制技术能耗大、结构复杂等问题实现高效宽频振动控制？项目在3个国家自然科学基金等项目的资助下，对复杂机械系统自供能主被动一体振动控制理论和方法进行了系统性研究，取得了如下创新性成果： (1)基于磁力耦合振动能量采集技术的自供能振动信息获取方法。 提出了高鲁棒性磁力耦合振动能量采集方法，建立了表征磁力耦合系统动力学和电学特性的理论模型，发现了磁力耦合模式对磁作用力与双/多稳态能量采集系统势能阱的调控机理，有效解决了不规则弱振动激励能量采集难题，为复杂环境宽频振动能量采集及自供能振动信息获取提供了科学依据。 (2)基于奇异熵理论的振动信号综合特征分析与动力学状态评估方法。 提出了基于信号奇异值分解技术的信号奇异熵概念，揭示了振动信息量与信号奇异熵之间的对应关系，发展了基于奇异熵评估的信号综合特征分析技术，构建了复杂机械系统动力学状态评估模型，解决了传统信号处理方法在振动信号综合特征分析方面的局限性，为复杂机械系统半主动/主动控制提供控制目标。 (3)基于自供能和可控弹性体的复杂机械系统振动主被动控制理论与方法。 揭示了外加激励和控制参数对电(磁)流变可控弹性体复合结构的动、静态特性影响规律，构建了外加激励、压电俘能装置与减振器控制输出之间的映射关系，提出基于电(磁)流变弹性体的自供能减振系统优化结构设计与集成方法，发展了基于可控弹性体和压电俘能效应的宽频振动结构自供能主被动振动控制理论与方法，为有效抑制复杂机械系统宽频振动提供新的参考方案。 项目发表SCI论文36篇，授权国家发明专利8项。8篇代表作及论文总他引472次(其中2篇发表在国内机械工程领域顶级期刊“机械工程学报”，CNKI中文他引163次)。其中5篇代表作(中科院一区TOP期刊2篇，中科院二区期刊3篇)总影响因子超过25.97，SCI他引177次，总他引268次。项目成果得到美国西北大学John A.Rogers教授(美国科学院等三院院士)、ASME Journal of Applied Mechanics主编Yonggang Huang教授(美国科学院等四院院士)、西北工业大学杨智春教授等知名学者多次引用和积极评价，产生了重要学术影响。项目开发形成的状态监测传感与主被动控制等新技术，已成功应用于湖南工矿电传动车辆工程技术中心、湘电风能有限公司等企业的产品设计和产品升级方案，经济和社会效益显著。