Vývoj systému pro adaptivní tlumení vibrací

Ing. Jakub Nečásek

Doctoral thesis

Development of a system for adaptive vibration damping

Abstract:

Disertační práce se věnuje tlumení vibrací a hluku semi-aktivní metodou založenou na aktivním řízení tuhosti aktuátoru pomocí elektronického bočníku, umístěného v tlumeném systému. Tato metoda je zde stručně popsána i se základním dělením na pasivní a aktivní impedanci bočníku. V závěru popisu semi-aktivní metody jsou nastíněny možné přístupy k adaptivitě tlumení při změnách vnějších podmínek. S tímto souvisí popis rychlého impedančního analyzátoru pro adaptivní metodu založenou na přímém měření impedance aktuátoru. Hlavní část práce tvoří vývoj přesného impedančního bočníku - digitální syntetické impedance (DSI) a její následné použití. Na teoretický rozbor možných, a v literatuře publikovaných řešení, navazuje popis vývoje a vlastní konstrukce jednotlivých částí tohoto zařízení. Simulovány, změřeny a následně diskutovány jsou zde vlivy parametrů digitální části a různých topologií zapojení analogové části na přesnost a laditelnost výsledné impedance. Tuto část uzavírá představení a popis druhé verze digitální syntetické impedance (DSIv2), navržené na základě zkušeností z úprav a praktického nasazení verze první. Obě verze digitální syntetické impedance byly úspěšně aplikovány na různé experimentální systémy tlumení vibrací a hluku. Tyto systémy jsou zde popsány včetně měřicí aparatury a rozboru dosažených výsledků. Příkladem je snížení přenosu vibrací u jednodimenzionálních systémů o 19 - 23 dB, či 40dB pokles prostupu hluku v případě aktuátory vyztužené skleněné tabule. Na tomto systému byla též úspěšně testována adaptivita na změnu okolních podmínek. Závěrem práce je uveden návrh možného dalšího postupu ve vývoji zařízení, plynoucí z praktické aplikace obou verzí digitální syntetické impedance a jejich podrobného teoretického rozboru. Diskutovaná zlepšení jednotlivých částí zařízení povedou ke zkvalitnění syntetizované impedance, a tím i kvality výsledného tlumení.

Abstract:

This doctoral thesis deals with a modern approach to vibration damping - semi-active method, which uses an actuator embedded in a mechanical structure and shunted by specific electric impedance. This method, also called active elasticity control, is described along with categorization of passive and active shunt impedances and motivation for development of adaptive tuning algorithms. One of these methods uses fast and portable impedance analyzer, which is described alongside with its specification and performance. The main part of this work is focused on the description of two versions of digital synthetic impedance device. Description of the first version includes survey of possible approaches to the design of the individual parts of this device with discussion of already published works. Important section analyses the impact of the properties of these parts on the final performance of the device, e.g. on accuracy and fine-tunability. Design of the second version of the digital synthetic impedance device is then based on the experience from application of the first version and focuses on other types of damping systems with specific requirements. Experimental application of the digital synthetic impedance devices on vibration and noise damping includes several systems. Their description also includes specification of experimental and acquisition setup and discussion of the results in relation with the mechanical topology. A high damping performance is reported: for example, in case of the first mode of cantilever beam, the damping of vibration was 23 dB. Suppression of transmitted noise in the system with a glass reinforced with actuators reached 40 dB. Adaptive tuning algorithm of the shunting impedance was also successfully implemented to the noise-transmission suppression system. Steps for a further development of the digital synthetic impedance device are proposed. These involve the already acquired experience with various systems and implementation of algorithms for runtime adaptation. They can be is expected to lead to elevated performance.

Keywords

semi-aktivní tlumení vibrací, aktivní řízení tuhosti, digitální syntetická impedance, impedanční analyzátor

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 27. 8. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 23. 1. 2019
• Supervisor: Ing. Pavel Márton, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechatronics, Informatics and Interdisciplinary Studies

Doctoral programme / field:
Electrical Engineering and Informatics / Technical cybernetics