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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳耿烽
研究生(外文):Keng-Feng Chen
論文名稱:基於電流變液三明治樑之吸振器用於結構的振動控制
論文名稱(外文):Vibration Control of a Structure Using a Vibration Absorber Based on an Electro-rheological Fluid Sandwich Beam
指導教授:林志哲林志哲引用關係
口試委員:李春穎吳建達陳介力
口試日期:2012-07-12
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:自動化科技研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:100
中文關鍵詞:電流變液模糊控制可調變吸振器
外文關鍵詞:Electro-rheological fluidFuzzy controlTunable vibration absorber
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本論文描述內含電流變液懸臂樑作為結構之吸振器的振動控制。吸振器是一種廣泛用來減少結構振動的設備,為了避免設備的主結構因振動損壞,故在不改變主系統的情形下加裝吸振器以達到減振的目的。本文使用三明治夾層懸臂樑作為吸振器的結構,在兩電極間以電流變液填充。電流變液屬於智慧型材料的一種,由不導電流體與介電懸浮微粒組成,經電場作用後懸浮微粒形成鏈結,造成剛性與阻尼產生變化,形態由牛頓流體轉變為近似Bingham塑性體,利用流體的黏滯性隨電場增強而增加造成剪切降伏應力改變的特性,做為吸振器中的可調式阻尼進行振動控制。本文量測三明治懸臂樑的動態特性,加上電場後其共振頻率會隨之提高,適合做為半主動吸振器的振動控制,當結構之振動恰為共振頻率時,控制電流變液樑吸振器之電場改變結構之共振頻率,藉以避免共振頻率下所帶來的振動。根據實驗量測結果,利用模糊控制理論建立模糊規則庫,利用CompactRIO控制器控制半主動可調變吸振器之振動,最後並與以模糊理論為基礎之自調變控制器之減振效果作比較。

The main objective of this article is to present the achievements of controlling a sandwich cantilever beam embedded with electro-rheological fluid as a tunable vibration absorber. In this study, the sandwich beam filled with electro-rheological fluid inside regards as a structure of the vibration absorber. Electro-rheological fluids change to Bingham behavior from Newtonian flow under electric field. The field cause the suspended particles polarize and connect each other to form chain. The viscosity and the yield stress of the ER fluid increase as electric field so that it is applicable to be the adjustable damping of a tunable vibration absorber. This thesis describes the dynamic properties of the sandwich cantilever beam of which natural frequencies of the beam increase with the electric field. Therefore it is suitable to be the dynamic vibration absorber. According to the experimental results, we design a fuzzy controller to accomplish the tunable vibration absorber in semi-active vibration control. Then compare to the result of self-tuning control method.

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 viii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 電流變液流體介紹 4
1.3.1 電流變液的組成 5
1.3.2 電流變液的流體特性 6
1.3.3 電流變液與電場之關係 8
1.3.4 電流變液的應用 9
1.4 電流變液三明治結構 11
1.5 研究動機與目的 11
1.6 論文架構 12
第二章 電流變液三明治樑吸振器 13
2.1電流變液樑製作 13
2.1.1 電流變液之配方介紹 13
2.1.2 三明治樑製作 15
2.2 實驗設備 18
2.2.1 動態訊號分析儀 18
2.2.2 激振器與功率放大器 19
2.2.3 感測器 19
2.2.4 高電壓放大器 21
2.3 三明治懸臂樑吸振器動態特性量測架構 22
2.4 電流變液樑動態量測結果 24
2.5 電流變液樑單自由度模型 35
第三章 動態振動吸振器之減振系統 39
3.1動態吸振器之主結構 39
3.1.1 以COSMOS建立主結構模型 39
3.1.2 COSMOS分析結果 40

3.2 吸振器對結構之振動動態特性量測架構 45
3.3 吸振器對主結構之振動特性量測結果 48
第四章 基於電流變液樑吸振器之減振控制 51
4.1 減振控制之架構 51
4.1.1 減振控制之實驗架構 51
4.1.1.1 CompactRIO控制器 53
4.1.1.2 控制器之加速度訊號擷取與驗正 53
4.2 動態振動吸振器之模糊控制器設計 57
4.2.1 模糊控制理論概述 57
4.2.1.1 模糊化與模糊規則庫 58
4.2.1.2 模糊推論引擎 59
4.2.1.3 解模糊化 60
4.2.2 建立模糊資料庫 61
4.2.3 模糊控制器之設計 67
4.3 結合模糊控制之自調變最佳阻尼減振控制 70
第五章 動態振動吸振器之模糊控制器設計 73
5.1 模糊控制實現於動態吸振器之減振控制 73
5.1.1 固定頻率下之振動減振控制效果 73
5.1.2 變動頻率下之振動減振控制 81
5.2 自調變阻尼實現於動態吸振器之減振控制 84
5.2.1 固定頻率下之振動減振控制效果 84
5.2.2 變動頻率下之振動減振控制 92
5.2 模糊控制法與自調變模糊控制之比較 95
第六章 結論與展望 97
參考文獻 98


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