阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器（或减震器）来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。特别是有五十多年历史的液压粘滞阻尼器，在美国被结构工程界接受以前，经历了一个大量实验，严格审查，反复论证，特别是地震考验的漫长过程。
目录
1概述
2发展过程
3仓储货架
4工程结构
5分类
?可控被动式电磁
?声学
?液压
1概述编辑
瑞安立奇气弹簧基本概念
大家知道，使自由振动衰减的各种摩擦和其他阻碍作用，我们称之为阻尼。而安置在结构系统上的“特殊”构件可以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置，我们称为阻尼器。2发展过程编辑
·在航天、航空、军工、机械等行业中广泛应用，几十年成功应用的历史
·上世纪80年代开始在美国东西两个地震研究中心等单位作了大量试验研
究，发表了几十篇有关论文
·90年代，美国国家科学基金会和土木工程学会等单位组织了两次大型联合，由第三者作出的对比试验，给出了权威性的试验报告，供教授和工程师们参考
·在肯定以上成果的基础上被几乎各有关机构，规范审查，肯定并规定了应用办法
·管理部门通过，带来了上百个结构工程实际应用。这些结构工程，成功地经历了地震、大风等灾害考验，十分成功。
3仓储货架编辑
在重力式货架仓储中，由于货物受到重力影响，在倾斜的仓储滑道中做加速运动，如果任其自由运动
，货物撞击货架，可能会引起货物损坏，操作人员安全隐患以及货架整体结构的损毁。
而阻尼器在其中起了非常重要的作用。重力式货架中的阻尼器，又称减速器，主要用于消除重力式货架中货物产生的重力加速度，从而使得货物能够平稳，缓慢的沿轨道下滑，消除安全隐患。保证货物及操作人员的安全性。其中阻尼可分为外置式和内置式。
4工程结构编辑
二十世纪，特别是近二、三十年人们对建筑物的抗振动的能力的提高已经做了巨大的努力，取得了显著的成果。这一成果中最引以为自豪的是“结构的保护系统”。人们跳出了传统增强梁、柱、墙提高抗振动的能力的观念，结合结构的动力性能，巧妙的避免或减少了地震，风力的破坏。基础隔震（Base Isolation），各种利用阻尼器(Damper) 吸能，耗能系统，高层建筑屋顶上的质量共振阻尼系统（TMD）和主动控制( Active Control)减震体系都是已经走向了工程实际。有的已经成为减少振动不可少的保护措施。特别是对于难于预料的地震，破坏机理还不十分清楚的多维振动，这些结构的保护系统就显得更加重要。
这些结构保护系统中争议最少，有益无害的系统要属利用阻尼器来吸收这难予预料的地震能量。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天航空，军工，枪炮，汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等工程中，其发展十分迅速。到二十世纪末，全世界已有近100多个结构工程运用了阻尼器来吸能减震。到2003年，仅Taylor公司就在全世界安装了110个建筑，桥梁或其它结构构筑物。
泰勒Taylor公司从1955年起经过长期大量航天、军事工业的考验，第一个实验将这一技术应用到结构工程上，在美国地震研究中心作了大量振动台模型实验，计算机分析，发表了几十篇有关论文。结构用阻尼器的关键是持久耐用，时间和温度变化下稳定，泰勒公司的阻尼器经过了长期考验和各种对比分析，其他公司的产品很难望其向背。美国相应设计规范的制定都是基于泰勒公司阻尼器的产品。其产品技术先进，构造合理可靠，技术的透明度高，而且可以按设计者的要求制造适合各种用途的阻尼器。每个产品出厂前都经过最严格的
测试，给出滞回曲线。泰勒Taylor公司从世界上130多个工程，32座桥梁的实际应用中，积累了大量的实际经验。
调质阻尼器
为了因应高空强风及台风吹拂造成的摇晃．大楼内设置了“调谐质块阻尼器”（tuned mass damper，又称“调质阻尼器”），是在88至92楼挂置一个重达660公吨的巨大钢球，利用摆动来减缓建筑物的晃动幅度。据台北101告示牌所言，这也是全世界唯一开放游客观赏的巨型阻尼器，更是目前全球最大之阻尼器。
台北101采用新式的“巨型结构”（megastructure），在大楼的四个外侧分别各有两支巨柱，共八支巨柱，每支截面长3公尺、宽2.4公尺，自地下5楼贯通至地上90楼，柱内灌入高密度混凝土，外以钢板包覆。台湾位于地震带上，在台北盆地的范围内，又有三条小断层，为了兴建台北101，这个建筑
台北101在台北平原的位置
的设计必定要能防止强震的破坏。且台湾每年夏天都会受到太平洋上形成的台风影响，防震和防风是台北101两大建筑所需克服的问题。为了评估地震对台北101所产生的影响，地质学家陈斗生开始探查工地预定地附近的地质结构，探钻4号发现距台北101 200米左右有一处10米厚的断层。依据这些资料，台湾省地震工程研究中心建立了大小不同的模型，来仿真地震发生时，大楼可能发生的情形。为了增加大楼的弹性来避免强震所带来的破坏，台北101的中心是由一个外围8根钢筋的巨柱所组成。
但是良好的弹性，却也让大楼面临微风冲击，即有摇晃的问题。抵消风力所产生的摇晃主要设计是阻尼器，而大楼外形的锯齿状，经由风洞测试，能减少30-40%风所产生的摇晃。
5分类编辑
阻尼器只是一个构件.使用在不同地方或不同工作环境就有不同的阻尼作用。Damper：用于减振；Snubber：用于防震，低速时允许移动，在速度或加速度超过相应的值时闭锁，形成刚性支撑。
各种应用中有：弹簧阻尼器，液压阻尼器，脉冲阻尼器，旋转阻尼器，风阻尼器，粘滞阻尼器，阻尼铰链，阻尼滑轨，家具五金，橱柜五金等。
可控被动式电磁
引言
高速旋转机器的振动问题是一个比较突出且难以解决的问题。这类机器的转速高，都在超过临界乃至几阶临界转速以上运行。因此为了保证其安全运行，除了保证仔细的设计和精确的制造安装外，通常还使用阻尼器以减小振动。挤压油膜阻尼器和电磁阻尼器就是两种常用的阻尼器。本文设计了一种新的可控型被动式电磁阻尼器。
可控型被动式电磁阻尼器的结构和工作原理
图1为可控被动式电磁阻尼器的示意图。它没有位移传感器。其结构与挤压油膜阻尼器类似：旋转机械的转子(1)通过滚动轴承(2)或滑动轴承支承在铁芯(3)上。该铁芯再通过弹簧(4)支承在机座(5)上。弹簧的支承刚度可按使用要求设计，为支承系统的主刚度。在机座上环绕铁芯同心放置有四只电磁铁(6)。各磁铁线圈上都作用相同大小的直流励磁电压。
图2示出可控被动电磁阻尼器所产生的附加刚度和阻尼随频率变化的情况。可以看出在整个频率范围内附加刚度的值是负的，且随着频率的升高负的刚度值降低。在高频区刚度值几乎为零。这种阻尼特性刚好符合旋转机械所要求的低频大阻尼高频小阻尼的特性。在可控被动电磁阻尼器的尺寸确定后，刚度和阻尼值就仅取决于静态励磁电流或励磁电压。改变励磁电压值就能改变刚度和阻尼，因而这种阻尼器是可控的。
实验装置
图3a为实验装置：一根细长轴，一端支承在普通的刚性滚珠轴承上，另一端支承在图1所示的电磁阻尼器支承上。转子由直流电机驱动。轴的振动和转速分别由涡流传感器和光电传感器检测。振动信号和转速信号由计算机通过AD板采集。图3b为提供主支承刚度的平板径向弹簧。该弹簧以弹性铝为材料，线切割加工。其刚度值由有限元计算和优化。在一只电磁阻尼器支承上有两只并排放置的弹簧，以保证对称性，利于系统建模。理论计算和实验测试均表明该转子的第一阶临界转速约为3900revs/min。
界转速的影响很小。当励磁电压为15伏时，转子的临界转速仅下降到3780revs/min。
步的减振实验，更多的非线性特性的研究和优化设计将在今后陆续报道。
阻尼器
液压阻尼器
1.结构设计 2.工作原理 2.1磁流变液 磁流变液是在1948 年被Rabinow,J.发明的一种由非磁性基液（如矿物油、硅油等）、微小磁性颗粒、表面活性剂（也称稳定剂）等组合而成的智能型流体材料。在无磁场加入的条件下，磁流变液将表现为低粘度较强流动性的牛顿流体特性，加入磁场后，则会表现为高粘度低流动性的Bingham 流体特性。 非磁性基液是一种绝缘、耐腐蚀、化学性能稳定的有机液体。基液所拥有的特征是：粘度较低，磁流变液在没有磁场加入的条件下表现为低粘度状态，这样能够较好的降低磁流变液的零场粘度； 沸点高、凝固点较低，这样就可以确保磁流变液在温度变化波动较大的环境下工作依然可以保持较高的稳定性；较高的密度，能够保证磁流变液不会因沉降问题而无法正常使用； 无毒无味、廉价，保障其安全性的同时做到能够广泛使用。 微小磁性颗粒是一种可离散、可极化的软磁性固体颗粒，其单位是微米数量级的。其主要的特征有[5]： 低矫顽力，对于已经磁化过的液体，加较小的磁场就能够使其恢复零磁场状态，即拥有较高的保磁能力； 高磁导率，能够在弱磁场中获得较强的磁感应强度从而节约能量；磁滞回线狭窄、内聚力小； 磁性颗粒的体积应相对大一些，用于存贮更多的能量。 表面活性剂是可以增加溶液或混合物等稳定性的化学物质。在实际使用过程中，磁流变液比较容易出现沉降分层现象，所以需要在磁流变液中加入表面活性剂保证物理化学性能的平衡，减少分层、降低沉降。 2.2磁流变液的工作模式 磁流变液在外加磁场影响下出现磁流变效应现象，改变流体的表观粘度、流动状态，从而改变剪切屈服应力等参数，使输出的阻尼力能够实时变化，达到所期望的目的。现如今，磁路变液的一般工作模式有三类：流动式、剪切式及挤压式，如下图所示。 （a）流动式（b）剪切式（c）挤压式 图1-3 磁流变液工作模式 Fig. 1-3 MR fluid working mode 流动式：如图1-3（a）所示，在两块固定静止的磁极板中间具有充足的磁流变液，对磁流变液施加一个压力使其流过两磁极板，其中，两极板之间外加了与磁流变液运动方向垂直的磁场。当磁性液体经过磁场时，其流体特性与流动状态被改变从而产生剪切应力即阻尼力。改变线圈的输入电流强弱从而使磁场强度发生变化，阻尼力也会跟着变化，实现实时调节的效果。流动式多用于控制阀、阻尼器、电磁元件等的设计。
《控制系统仿真与CAD》大作业 二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定 学校：上海海事大学 学院：物流工程学院 专业：电气工程及其自动化 班级：电气173班 学号：************ 姓名：李** 老师：** 时间：2020年6月13日
1. 题目与要求 考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数()G s 如下，参数为M=1kg ，b=2N.s/m ，k=25N/m ，()1F s =。设计要求：用.m 文件和simulink 模型完成。 图 1 弹簧--阻尼系统 （1）控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当Kp=50时，改变积分系数大小) （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。 2. 分析： （1）根据受力分析可得系统合力与位移之间微分方程： F kx x b x M =++&&& （2）对上得微分方程进行拉普拉斯变换，转化后的系统开环传递函数： 25211)()()(22++= ++== s s k bs Ms s F s X s G （3）系统输入为力R(S)=F(S),系统输出C(S)为位移X(S),系统框图如下： 图 2 闭环控制系统结构图 3. 控制器为P 控制器时： 控制器的传递函数p p K s G =)(，分别取p K 为1,10,20,30,40,50,60,70,80， （1）simulink 构建仿真模型如图3，文件名为：P_ctrl ；
分数: ___________ 任课教师签字：___________ 华北电力大学研究生结课作业 学年学期：第一学年第一学期 课程名称：线性系统理论 学生姓名： 学号： 提交时 目录 目录 (1) 1 研究背景及意义 (3) 2 弹簧-质量-阻尼模型 (3) 2.1 系统的建立 (3) 2.1.1 系统传递函数的计算 (4) 2.2 系统的能控能观性分析 (6) 2.2.1 系统能控性分析 (6) 2.2.2 系统能观性分析 (7) 2.3 系统的稳定性分析 (7) 2.3.1 反馈控制理论中的稳定性分析方法 (7) 2.3.2 利用Matlab分析系统稳定性 (8) 2.3.3 Simulink仿真结果 (9) 2.4 系统的极点配置 (10) 2.4.1 状态反馈法 (10) 2.4.2 输出反馈法 (11) 2.4.2 系统极点配置 (11)
2.5系统的状态观测器 (13) 2.6 利用离散的方法研究系统的特性 (15) 2.6.1 离散化定义和方法 (15) 2.6.2 零阶保持器 (16) 2.6.3 一阶保持器 (17) 2.6.4 双线性变换法 (18) 3.总结 (18) 4.参考文献 (19)
弹簧-质量-阻尼系统的建模与控制系统设计 1 研究背景及意义 弹簧、阻尼器、质量块是组成机械系统的理想元件。由它们组成的弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统，在生活中具有相当广泛的用途，缓冲器就是其中的一种。缓冲装置是吸收和耗散过程产生能量的主要部件，其吸收耗散能量的能力大小直接关系到系统的安全与稳定。缓冲器在生活中处处可见，例如我们的汽车减震装置和用来消耗碰撞能量的缓冲器，其缓冲系统的性能直接影响着汽车的稳定与驾驶员安全；另外，天宫一号在太空实现交会对接时缓冲系统的稳定与否直接影响着交会对接的成功。因此，对弹簧-质量-阻尼系统的研究有着非常深的现实意义。 2 弹簧-质量-阻尼模型 数学模型是定量地描述系统的动态特性，揭示系统的结构、参数与动态特性之间关系的数学表达式。其中，微分方程是基本的数学模型，不论是机械的、液压的、电气的或热力学的系统等都可以用微分方程来描述。微分方程的解就是系统在输入作用下的输出响应。所以，建立数学模型是研究系统、预测其动态响应的前提。通常情况下，列写机械振动系统的微分方程都是应用力学中的牛顿定律、质量守恒定律等。 弹簧-质量-阻尼系统是最常见的机械振动系统。机械系统如图2.1所示， 图2-1弹簧-质量-阻尼系统机械结构简图 其中、表示小车的质量，表示缓冲器的粘滞摩擦系数，表示弹簧的弹性系数，表示小车所受的外力，是系统的输入即,表示小车的位移，是系统的输出，即，i=1,2。设缓冲器的摩擦力与活塞的速度成正比，其中，，，，，。 2.1 系统的建立
二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定
一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制 的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：()P P G s K = 积分控制器的传递函数为：11()PI P I G s K T s =+ ? 微分控制器的传递函数为：11 ()PID P D I G s K T s T s =+ ?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。
图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： F kx x b x M =++ 25 21 1)()()(22++= ++== s s k bs Ms s F s X s G 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数）
1．阻尼器应用的设计目标和理念 传统建筑，无论木结构，钢筋混凝土，钢结构已经有上百年的抗风，抗震历史，为什么提出在这些建筑中添加阻尼器精简总结，有以下几点原因： ●对于一些使用要求较高的建筑结构（超高层，大跨结构等），地震，抗风形成动力难题，需 要更合理的解决办法； ●对比其他传统方案，减少结构受力体系的造价； ●科学不断发展，开辟了解决结构工程问题的新思路；可以使结构最大限度的保持在弹性范围 内工作，为结构提升安全保障。 以某抗震加固工程为例，我们对剪力墙（传统方案）和液体粘滞阻尼器两个方案从理念和计算结果作 展情况和我们的应用体会，我们再谈一下在建筑上使用阻尼器的目标和理念。简单的说，我们安置阻尼器可以有以下几个目的。 A增加抗震、抗风能力 原设计可能已经可以满足所有规范规定的抗震抗风要求，加上液体粘滞阻阻尼器，在振动过程中起到耗能和增加结构阻尼的作用，从而降低结构反应的基底剪力，减少整个结构的受力，也就可以大大提高结构的抗地震能力。同时，只要阻尼器安装的合适，设置到不同的需要方向，还可以预防和减少原设计没有考虑，或考虑不足的振动受力。 对特别重要的结构，高发地震区，花钱不多，设置这一第二防线是很值得的。对于非严重地震区，也可以用阻尼器达到抗风和增加抗震能力的目的。 B．用阻尼器去防范罕遇大地震或大风 按小震不坏大振不倒的原则，我们可以用常规的设计办法使设计满足多遇地震的抗震要求。对于罕遇的大地震可能显得不足、不理想或不经济。用结构的被动保护系统－特别是阻尼器来等待和解决这罕遇大地震的问题，不仅新建结构建议采用这一设计理念，原设计未设防抗震或设防不足的结构加固工程也很适于。 这一理念会带来经济实用和可靠的结果，设计的好，可以为工程节省费用。国外抗震先进国家大都采用这一理念。在所有可能发生地震的地区，我们主要想提出推广的这一设计理念。 国外有的工程，在结构的小振设计中也充分利用施加了阻尼器的优越。他们大胆的用加阻尼器后的修正反应谱作结构的设计。 C．减少附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动 在破坏性地震震害分析中，结构内部附属结构、设备、仪器仪表等第二系统的振动和破坏越来越引起我们的注意。从经济上看，这些内部系统的价值可能远远超过结构本身。增加结构保护系统出于
二阶弹簧阻尼系统I D控制器设计参数整定 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定 一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： ()P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11()PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求
通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等于1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和得图所示）
液压阻尼器是上世纪70年代发展起来的一种对速度反应灵敏的减振装置，它借助特殊结构阀门控制液压缸活塞移动以抑制管道或设备周期性载荷和冲击载荷影响。其主要用于防止管道或设备因地震、水锤、汽锤、风载、安全阀排汽及其它冲击载荷所造成的破坏。 液压阻尼器的工作过程可以用“刚柔相济”来描述，在管道或设备正常热膨胀时能随之缓慢移动，此时其几乎没有阻尼力，此时表现为“柔”；在载荷瞬变时液压阻尼器的阀门被激活，此时其产生出与振动力同样大小的反向阻力，扼制管道或设备产生较大的振动，减少振幅，从而起到保护管道或设备的作用，此时表现为“刚”。 液压阻尼器是一种速度敏感性的装置。当由力所引起的运动超过允许速度时，阻尼器将锁定、带载，并将速度限制在一个叫做闭锁后速度或渗漏率(bleed rate)的速度值。因此，测试液压阻尼器时，所感兴趣的参数如下：为额定载荷下的闭锁速度(lock-up velocity)、闭锁后速度或渗漏率、等值弹簧刚度(Stiffness)。 ?正常工况下活塞杆速度V＜闭锁速度V闭，对管道的作用力很小，f低≤ 1~2％FN； ?当发生瞬间冲击载荷时，V增大达到V闭时，液压油推动阀芯，使阀芯克服弹簧力关闭，液压油只能从阻尼小孔（节流阀）流过，形成阻尼力FN，使阻尼器闭锁。从而实现减振、抗振动的目的。 ?对于抗安全阀排汽型阻尼器，由于阀芯不设阻尼小孔，液压介质无法流动，因此，闭锁后速度V闭后=0。从而实现阻尼器对管道的持续拉力。 液压阻尼器的应用场合 液压阻尼器可广泛应用于核电、火电、钢铁、石化等各行业。液压阻尼器可以保护的对象，常见的有：管道系统、主泵、重要的阀、重要压力容器、汽轮机、主承梁等。 液压阻尼器可保护设备免受以下工况事故的破坏： 内部工况事故： 水锤、汽锤 安全阀排汽 主汽门快速关闭 锅炉爆炸 破管等 外部工况事故：
*** 二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定
一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20 世纪30 年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整， 在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中， 由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为：G (s) K P P G (s) K PI P 1 1 T s I 积分控制器的传递函数为： 1 1 G (s) K T s PID P D T s I 微分控制器的传递函数为： 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递函数G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1 ）；系统示意图如图 1 所示。
图1 弹簧-阻尼系统示意图弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为：M x bx kx F G( s) X F ( ( s) s) Ms 1 1 2 bs k s2 s 2 25 四、设计要求 通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P、PI、PID 控制器）设计及其参数整定，定量 分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同 时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅 助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小， 分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50 时，改变积分时间常数）
粘滞阻尼器的工作组成及原理 传统抗震方法是依靠构件的弹塑性变形并吸收地震能量来实现的。这种传统设计方法在很多时候是有效的,但也存在着一些问题。随着建筑技术的发展,房屋高度越来越高结构跨度越来越大,而构件端面却越来越小,已经无法按照传统的加大构件截面或加强结构刚度的抗震方法来满足结构抗震和抗风的要求。 粘滞阻尼器是一种速度相关型的耗能装置,它是利用液体的粘性提供阻尼来耗散振动能量,以粘滞材料为阻尼介质的，被动速度型耗能减震（振）装置。主要用于结构振动（包括风、地震、移动荷载和动力设备等引起的结构振动）的能量吸收与耗散、适用于各种地震烈度区的建筑结构、设备基础工程等，安装、维护及更换都简单方便。 粘滞阻尼器由缸筒、活塞、粘滞流体和导杆等组成缸筒内充满粘滞流体,活塞可在缸筒内进行往复运动,活塞上开有适量的小孔或活塞
与缸筒留有空隙。当结构因变形使缸筒和活塞产生相对运动时,迫使粘滞流体从小孔或间隙流过,从而产生阻尼力,将振动能量通过粘滞耗能消掉,达到减震的目的。 粘滞阻尼器的特点是对结构只提供附加阻尼,而不提供附加刚度,因而不会改变结构的自振周期。其优点是1.经济性好,可减少剪力墙、梁柱配筋的使用数量和构件的截面尺寸。2.适用性好,不仅能用于新建土木工程结构的抗震抗风,而且能广泛应用于已有土木工程结构的抗震加固或震后修复工程。3.安装了粘滞性耗能器的支撑不会在柱端弯矩最大时给柱附加轴力。4维护费用低。缺点是暂无。粘滞性阻尼器的最新进展是与磁流变体智能材料的联合使用,通过联合拓宽了粘滞性耗能器的发展空间。 粘滞阻尼器通常和支撑串连后布置于结构中,不同的安装形式直接影响到阻尼器的工作效率。到目前为止,实际工程的应用中多采用斜向型和人字型安装方式,这是由于其构造简单、易于装配。剪刀型和肘节型安装方式能把阻尼器两端的位移放大,即起到把阻尼器的效果放大的作用,具有更好的消能能力,但因受到安装机构造型和施工工艺复杂的限制,运用较少。
赛弗 粘滞阻尼器 技术手册赛弗
CONTENT目录 P2 - P4 P5 - P6 P7 P8 - P9 P10 - P17上海赛弗工程减震技术有限公司 1. SF-VFD产品简介 …………… 产品构造及原理 技术参数 产品特点 SF-VFD 2. SF-VFD产品应用策略……… SF-VFD产品应用领域 国外案例 3. SF-VFD产品试验…………… 4. 工程案例 ……………………… 5. SF-VFD黏滞阻尼器参数表…
SF-VFD 支撑式黏滞阻尼器构造如右图所示，主要由高硬度缸筒、高精度活塞、活塞杆、特殊填充材料、关节耳环及大量高性能配件组成，当缸内的活塞进行往复运动时，填充材料从阻尼孔中高速流过从而产生剪切阻抗力。 SF-VFD 黏滞阻尼器阻尼力的大小与活塞运动速度非线性相关，可用下式表达： 1 SF-VFD 产品简介 1.1产品构造及原理 F=Csign(v)|v| α 1.2 技术参数 式中： C — 阻尼系数； v — 活塞与缸筒的相对运动速度； α — 速度指数，根据工程需求选取，选取范围为0.2~1.0。 (α为SF-VFD 的主要性能指标参数） 1)良好的耗能能力 试验表明，在简谐荷载作用下，黏滞阻尼器力-位移曲线如图1.2所示，阻尼器具有良好的耗能能力，且速度指数α越小，滞回曲线越饱满。 1.3 产品特点 图1.1 黏滞阻尼器构造 (a)斜撑型 (b)剪切连接型 (c)支撑型 图1.2 黏滞阻尼器滞回曲线图1.3 拟加速度反应谱图 1.4 拟速度反应谱 2)控制结构在地震中的振动响应 黏滞阻尼器应用于建筑中可改善结构阻尼特性，对结构在地震作用下的振动响应进行控制，有效降低结构层剪力及层间位移。 3)布置灵活安装方式多样性 根据结构特点及建筑需求可灵活布置黏滞阻尼器，同时提供多种阻尼器安装方式，如斜撑型、剪切连接型、墙 型、肘节型等，其中前三种安装方式较为常用。 4)小震作用下即可进入耗能 黏滞阻尼器滞回曲线由于不存在弹性段，因此在外部振动能量输入时能够即时的进入耗能状态。 黏滞阻尼器滞回曲线 SF-VFD
一、消能减震结构的发展与应用： 利用阻尼器来消能减震并不是什么新技术，在航天航空、军工枪炮等行业中早已得到应用。从20世纪70年代后，人们开始逐步地把这些技术专用到建筑、桥梁、铁路等工程中。 在美国，20世纪80年代开始，美国东西两个地震研究中心等单位做了大量试验研究，发表了几十篇有关论文。90年代美国科学基金会和土木工程协会组织了两次大型联合，给出了权威性的试验报告，供工程师参考。 在我国，1997年，沈阳市政府大楼的抗震加固中首次采用了摩擦耗能装置，其后北京饭店、北京火车站和北京展览馆等多座建筑中应用消能减震技术。 在日本，目前已有超过100多栋的建筑物采用消能减震技术。 现代高层建筑日益增多，结构受地震和风振影响十分明显，减小结构所受的地震和风振反应，成为结构设计的一个重要方面。消能减震阻尼器，通过增加结构阻尼，耗散结构的振动能量来达到减小结构所受振动。 （1）“阻尼”是指任何振动系统在振动中，由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性，以此一特性的 量化表征。 （2）《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010中： 2.1.1 高层建筑：10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅 建筑和房屋高度大于24米的其他高层民用建筑。
（3）《民用建筑设计通则》GB50352-2005中： 3.1.2建筑高度大于1OOm的民用建筑为超高层建筑。 二、阻尼器耗能减震原理： 耗能减震的原理可以从能量的角度来描述。 传统结构：Ei =Er+Ed+Es 耗能结构：Ei =Er+Ed+Es+Ea Ei为地震时输入结构的总能量； Er为结构在地震过程中存储的动能和弹性应变能； Ed为结构本身阻尼消耗的能量； Es为结构产生弹塑性变形吸收的能量； Ea为耗能装置消耗的能量； （其中Er为能量转换，并不是能量的消耗。） （1）传统结构中： 构件在利用其自身弹塑性变形消耗地震能量的同时，构件本身将遭到损伤甚至破坏。 （2）在消能减震结构中： 耗能（阻尼）装置在主体结构进入耗能状态前率先进入耗能工作状态，耗散大量输入结构体系的地震、风振能量，则结构本身需消耗的能量很少，主体结构反应将大大减小，从而有效地保护了主体结构，使其不再受到损伤或破坏。 三、阻尼器的种类： 阻尼器种类繁多，我国将其分为位移相关型和速度相关型。
脉动阻尼器 脉动阻尼器是一种用于消除管道内液体压力脉动或者流量脉动的压力容器。可起到稳定流体压力和流量、消除管道振动、保护下游仪表和设备、增加泵容积效率等作用。 脉动阻尼器的原理主要有两种。 1.气囊式：利用气囊中惰性压缩气体的收缩和膨胀来吸收液体的压力或者流量脉动， 此类脉动阻尼器适用于脉动频率小于7Hz的应用，因为如果频率太高则膜片或气囊来不及响应，起不到消除脉动的效果； 2.无移动部件式：利用固体介质直接拦截流体从而达到缓冲压力脉动或流量脉动的效果，此类脉动阻尼器适用于高频脉动的应用。 脉动阻尼器分类： 1.按照缓冲介质分类： 分为压缩惰性气体缓冲式和无移动部件式，其中压缩惰性气体缓冲式又分为膜片式和气囊式等，无移动部件式分为金属结构式和陶瓷结构式等： 分为三元乙丙橡胶、丁纳橡胶、氟橡胶、聚四氟、金属、陶瓷等内部材质类型； 分为单孔式和双孔式； 分为直通式和非直通式； 消除管道振动；减小压力脉动；减小流量浮动；保护下游仪器和设备；装在泵的前端，增加泵的容积效率，提高输出功率。 选择适合的脉动阻尼器，应首先根据现场实际情况和工艺要求确定所需达到的脉动消除率指标，然后根据此技术指标进行定量选型。 准确的脉动阻尼器选型应根据流量、压力、泵类型、泵转速、泵缸数、泵相位差（多级泵）、脉动消除率、应用目的、管道流体成分、管道流体密度、管道流体粘度、管道流体温度等参数综合计算和分析后确定。 通过以上参数，关键需要计算出流体的脉冲量（即1次脉冲所输送的液体体积）和脉动频率。再结合脉动消除率指标，即可初步计算出所需要的脉动阻尼器类型和容积。
例如，要求残余脉动控制在10%以内、脉冲量为1升/次、脉动频率为2次/秒，则脉动阻尼器可选用膜片式或气囊式，容积至少为10升。 根据客户不同的实际应用，最高可以达到99.9%以上的脉动消除率，即残余脉动控制在0.1%以内。 例如：用于消除管道振动推荐残余压力脉动控制在3%以内； 用于保证涡街流量计精度则推荐残余流量脉动控制在0.75%以内。 脉动阻尼器是一种压力容器，由于材料、制造技术及实际应用的限制，脉动阻尼器一般承压在500公斤/平方厘米左右（特殊应用也可以更高），耐温大约数百摄氏度。
二阶弹簧—阻尼系统P I D控制器设计参数整 定 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128）
二阶弹簧—阻尼系统的PID控制器设计及参数整定 一、PID控制的应用研究现状综述 PID控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID算法可以得到修正和完善，从而使数字PID具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： () P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11 () PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11 () PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递函数() G S，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求
通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等于 1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和0.1得图所示） Scope 输出波形：
重庆地维长江大桥斜拉索外置式杆式黏滞阻尼器设计说明 一、工程概况 地维长江大桥位于重庆市西郊大渡口区跳蹬镇白沙沱与江津市珞磺镇之间，大桥结构形式为双塔双索面预应力混凝土梁斜拉桥，全长734.8米，总宽15米，双车道，设计车行时速40公里。跨径布置为141米+345米+141米，倒Y型索塔高148.89m，钢绞线斜拉索。 大桥设计为双向两车道，桥面宽15米，全长737米，设计载荷等级为汽车-20级、挂车-120级。双塔各高130.89米，呈花瓶形，全桥设168根斜拉索和4根0号索。 二、编制依据 《斜拉索外置式黏滞阻尼器》J T/T1038-2016 三、斜拉索外置式杆式黏滞阻尼器设计 为减小斜拉索颤振频率，在梁端斜拉索设置外置杆式黏滞阻尼器，设置在编号为n10～n21、n10’～n21’号长索上，共计96套。对斜拉索预埋管采用发泡填充材料、聚硫密封材料进行密封处置。为防止行人割伤索皮，斜拉索梁端安装离桥面2.5m高度的不锈钢护管，平均长度3.5m计，全桥共计172根不锈钢护管。 黏滞阻尼器参数选择最大位移±50m m，设计能承受的最大阻尼力20k N；黏滞阻尼器性能符合力-速度曲线关系式F=C Vα，其中阻尼系数C=37.0K N/(m/s)α；阻尼指数α=0.33。 斜拉索外置式杆式黏滞阻尼器主要由黏滞阻尼器、索夹连接件、底座以及销轴、紧固件组成。索夹连接件采用Q235B钢材，索夹内表面粘贴优质三元乙丙橡胶垫。销轴材料采用2C r13不锈钢。向心关节轴承、孔用弹性挡圈材料采用304不锈钢。黏滞阻尼器缸体、端盖、活塞材料采用45#优质碳素结构钢；活塞杆材料采用40C r合金结构钢。底座采用Q235B结构钢。斜拉索外置式杆式黏滞阻尼器成品防腐涂装外表面涂层配套体系参照J T/T722-2008，总干膜厚度≥240μm。 目标振幅是指斜拉索安装外置式阻尼器后，斜拉索容许产生的最大振幅。本项目n10～n21、n10’～n21’号斜拉索均属短索（索长小于250米），按《斜拉索外置式黏滞阻尼器》J T/T1038-2016规定，安装斜拉索外置式阻尼器后其目标振幅按L/1000计算，目标振幅如下表3-1、3-2所示。
设计一：二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器 设计及其参数整定 一设计题目 考虑弹簧－阻尼系统如图1所示，其被控对象为二阶环节，传递函数G(S)如下，参数为M=1kg ，b=2N.s/m ，k=25N/m ，F （S ）=1。 图1 弹簧－阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： F kx x b x M =++ 25211) ()()(2 2 ++= ++= = s s k bs Ms s F s X s G 二设计要求 1. 控制器为P 控制器时，改变比例系数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。 2. 控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析其对系统性能的影响并绘制相应曲线。(例如当kp=50时，改变积分时间常数) 3. 设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使闭环系统阶跃响应曲线的超调量σ%<20%，过渡过程时间Ts<2s, 并绘制相应曲线。
图2 闭环控制系统结构图 三设计内容 1. 控制器为P 控制器时，改变比例系数p k 大小 P 控制器的传递函数为：()P P G s K ，改变比例系数p k 大小，得到系统的阶跃响应曲线 00.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 Step Response Time (sec) A m p l i t u d e 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 程序： num=[1]; den=[1 2 25]; sys=tf(num,den); for Kp=[1,10:20:50]
摩托车减震器结构类型及工作原理 2007-03-24 17:16 为了缓和与衰减摩托车在行驶过程中因道路凹凸不平受到的冲击和震动，保证行车的平顺性与舒适性，有利于提高摩托车的使用寿命和操纵的稳定性，摩托车上均设置有减震器装置。本文拟对常见的减震器结构类型、工作原理，以及减震器油的技术要求和如何调配、更换等进行探讨，供广大摩托车用户和车迷朋友们参考。 一、减震器的分类 减震器有许多种类，摩托车中绝大多数采用筒式减震器，只有极少数采用钢板弹簧结构。筒式减震器的型式和品种很多，大体上有以下几种类型： 1、根据安装位置分，有前减震器和后减震器； 2、按结构形式分，有（a）伸缩管式前叉液力减震器（这是目前摩托车中使用最多的前减震器）；（b）摇臂式减震器；（c）摇臂杠杆垂直式中心减震器；（d）摇臂杠杆倾斜式中心减震器。 3、按油缸工作位置分，有（a）倒置式减震器（即油缸位置在上方，活塞杆在下方）；（b）正置式减震器（油缸位置在下方，活塞杆在上方）。 4、按工作介质分，有（a）弹簧式减震器；（b）弹簧—空气阻尼式减震器（因空气的阻尼力有限，减震效果也不太理想，一般只用于速度不高的轻便摩托车作后减震器）；（c）液力阻尼式减震器；（d）油—气组合式前叉减震器。（e）充氮气液压减震器。 5、按衰减力方向分，有（a）单向作用减震器；（b）双向作用减震器。 6、按负载调节式分，有（a）弹簧初始压力调节式；（b）气簧式；（c）安装角度调节式。 世界各国摩托车厂家在相互竞争中，对摩托车的前悬挂装置和后悬挂装置的设计，投入较大且十分考究，采用了更为新颖的变直径和变节距的弹性元件，如油压阻尼器、油—气调节装置、负载调节装置、摇臂杠杆式中心减震装置等先进结构。这些新技术的普及，能迅速衰减因车速、负载及多种路况变化所带来的冲击和震动，将振抗自动地调节到最佳的技术状态，极大地改善了摩托车的减震性能，不同程度地提高了摩托车乘骑的适应性、舒适性、平稳性和安全性。 二、液压阻尼减震器的工作原理 液压式减震器是目前摩托车使用最为普遍的减震器，现简要介绍其工作原理。
4.7减振器机构类型及主要参数的选择计算 4.7.1分类 悬架中用得最多的减振器是内部充有液体的液力式减振器。汽车车身和车轮振动时，减振器内的液体在流经阻尼孔时的摩擦和液体的粘性摩擦形成了振动阻力，将振动能量转变为热能，并散发到周围空气中去，达到迅速衰减振动的目的。如果能量的耗散仅仅是在压缩行程或者是在伸张行程进行，则把这种减振器称之为单向作用式减振器，反之称之为双向作用式减振器。后者因减振作用比前者好而得到广泛应用。 根据结构形式不同，减振器分为摇臂式和筒式两种。虽然摇臂式减振器能够在比较大的工作压力(10—20MPa)条件下工作，但由于它的工作特性受活塞磨损和工作温度变化的影响大而遭淘汰。筒式减振器工作压力虽然仅为2.5～5MPa ，但是因为工作性能稳定而在现代汽车上得到广泛应用。筒式减振器又分为单筒式、双筒式和充气筒式三种。双筒充气液力减振器具有工作性能稳定、干摩擦阻力小、噪声低、总长度短等优点，在轿车上得到越来越多的应用。 设计减振器时应当满足的基本要求是，在使用期间保证汽车行驶平顺性的性能稳定。 4.7.2相对阻尼系数ψ 减振器在卸荷阀打开前，减振器中的阻力F 与减振器振动速度v 之间有如下关系 v F δ= (4－51) 式中，δ为减振器阻尼系数。 图4—37b 示出减振器的阻力－速度特性图。该图具有如下特点：阻力－速度特性由四段近似直线线段组成，其中压缩行程和伸张行程的阻力－速度特性各占两段；各段特性线的斜率是减振器的阻尼系数v F /=δ，所以减振器有四个阻尼系数。在没有特别指明时，减振器的阻尼系数是指卸荷阀开启前的阻尼系数而言。通常压缩行程的阻尼系数Y Y Y v F /=δ与伸张行程的阻尼系数S S S v F /=δ不等。 图4—37 减振器的特性 a) 阻力一位移特性 b)阻力一速度特性 汽车悬架有阻尼以后，簧上质量的振动是周期衰减振动，用相对阻尼系数ψ的大小来评定振动衰减的快慢程度。ψ的表达式为 s cm 2δ ψ= (4－52)
液压减震器的工作原理 减震器主要有弹簧和阻尼器两个部分组成，弹簧的作用主要是支撑车身重量，而阻尼器则是起到减少震动的作用。 阻尼”在汉语词典中的解释为：“物体在运动过程中受各种阻力的影响,能量逐渐衰减而运动减弱的现象”。阻尼器就是人造的物体运动衰减工具。 为了防止物体突然受到的冲击，阻尼在我们现实生活中有着广泛的应用，比如汽车的减震系统，还有弹簧门被打开后能缓缓地关闭等等。 阻尼器的种类很多，有空气阻尼器、电磁阻尼器、液压阻尼器等等。我们车上使用的是液压阻尼器。 大家知道，弹簧在受到外力冲击后会立即缩短，在外力消失后又会立即恢复原状，这样就会使车身发生跳动，如果没有阻尼，车轮压到一块小石头或者一个小坑时，车身会跳起来，令人感觉很不舒服。有了阻尼器，弹簧的压缩和伸展就会变得缓慢，瞬间的多次弹跳合并为一次比较平缓的弹跳，一次大的弹跳减弱为一次小的弹跳，从而起到减震的作用。 液压阻尼器利用液体在小孔中流过时所产生的阻力来达到减缓冲击的效果。 图一红圈中是活塞，它把油缸分为了上下两个部分。当弹簧被压缩，活塞向下运行，活塞下部的空间变小，油液被挤压后向上部流动；反之，油液向下部流动。 不管油液向上还是向下流动，都要通过活塞上的阀孔。油液通过阀孔时遇到阻力，使活塞运行变缓，冲击的力量有一部分被油液吸收减缓了。
下面是压缩行程示意图，表示减震器受力缩短的过程。图二为活塞向下运行，流通阀开启，油缸下部的油液受到压力通过流通阀向油缸上部流动。 图三为活塞向下运行，压力达到一定程度时，压缩阀开启，油缸下部的油液通过压缩阀流向油缸外部储存空间。图中红色大箭头表示活塞运动方向，红色小箭头表示油液流动方向。
二阶弹簧—阻尼系统的PID 控制器设计及参数整定 一、PID 控制的应用研究现状综述 PID 控制器（按闭环系统误差的比例、积分和微分进行控制的调节器）自20世纪30年代末期出现以来，在工业控制领域得到了很大的发展和广泛的应用。它的结构简单，参数易于调整，在长期应用中已积累了丰富的经验。特别是在工业过程控制中，由于被控制对象的精确的数学模型难以建立，系统的参数经常发生变化，运用控制理论分析综合不仅要耗费很大代价，而且难以得到预期的控制效果。在应用计算机实现控制的系统中，PID 很容易通过编制计算机语言实现。由于软件系统的灵活性，PID 算法可以得到修正和完善，从而使数字PID 具有很大的灵活性和适用性。 二、研究原理 比例控制器的传递函数为： ()P P G s K = 积分控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? 微分控制器的传递函数为： 11()PID P D I G s K T s T s =+?+? 三、设计题目 设计控制器并给出每种控制器控制的仿真结果（被控对象为二阶环节，传递 函数()G S ，参数为M=1 kg, b=2 N.s/m, k=25 N/m, F(S)=1）；系统示意图如图1所示。 图1 弹簧-阻尼系统示意图 弹簧－阻尼系统的微分方程和传递函数为： 四、设计要求
通过使用MATLAB 对二阶弹簧——阻尼系统的控制器（分别使用P 、PI 、PID 控制器）设计及其参数整定，定量分析比例系数、积分时间与微分时间对系统性能的影响。同时、掌握MATLAB 语言的基本知识进行控制系统仿真和辅助设计，学会运用SIMULINK 对系统进行仿真，掌握PID 控制器参数的设计。 （1）控制器为P 控制器时，改变比例带或比例系数大小，分析对系统性能的影响并绘制响应曲线。 （2）控制器为PI 控制器时，改变积分时间常数大小，分析对系统性能的影响并绘制相应曲线。（当kp=50时，改变积分时间常数） （3）设计PID 控制器，选定合适的控制器参数，使阶跃响应曲线的超调量%20%σ<，过渡过程时间2s t s <，并绘制相应曲线。 图2 闭环控制系统结构图 五、设计内容 （1）P 控制器：P 控制器的传递函数为： ()P P G s K =（分别取比例系数K 等 于1、10、30和50，得图所示） Scope 输出波形： 仿真结果表明：随着Kp 值的增大，系统响应超调量加大，动作灵敏，系统的响应速度加快。Kp 偏大，则振荡次数加多，调节时间加长。随着Kp 增大，系统的稳态误差减小，调节应精度越高，但是系统容易产生超调，并且加大Kp 只能减小稳态误差，却不能消除稳态误差。 （2）PI 控制器：PI 控制器的传递函数为： 11()PI P I G s K T s =+? （K=50， 分别取积分时间Ti 等于10、1和0.1得图所示）