基于微分几何法的非线性分数阶悬架主动控制

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能。针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制。结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制。     

一类非线性不确定结构系统的鲁棒饱和主动控制

对一类非线性不确定结构系统研究了在外部干扰下的鲁棒饱和主动控制策略.将质量、阻尼、刚度矩阵都存在不确定的结构系统描述为一种不确定中立系统,采用鲁棒饱和主动控制策略,提出基于线性矩阵不等式的代数解.通过提出的控制方法同时保证了结构系统在模型和参数摄动下以及在控制变量和扰动存在非线性不确定性时的鲁棒稳定.最后通过对一个4层建筑大楼在地震波作用下的主动振动控制仿真证明了该方法的有效性.     

曲面保护高量程加速度传感器阻尼特性研究

利用有限元模拟方法,对一种高量程MEMS加速度计进行10万g正弦加速度脉冲下的动态冲击响应分析。首先,建立适用于该器件曲面阻尼的分段近似叠加理论模型;随后,采用ANSYS有限元模拟技术分别研究器件阻尼带隙宽度及其阻尼介质特性对器件动态冲击响应特性的影响。器件动态冲击响应实际上是受迫振动与传感器悬臂梁固有频率振动的叠加。当阻尼带隙较小时,输出结果表现为冲击载荷下的受迫振动响应;随着阻尼带隙变宽,悬臂梁固有频率振动渐突显,响应峰值电压也近线性增加,而峰值电压所对应时间则非线性减小。在其它条件相同情况下,阻尼介质粘滞系数越大,响应输出曲线越光滑,但其峰值电压也相应越低。在空气阻尼介质中,过载保护曲面的平移距离控制在0.5～0.65μm范围内,以获取较好的动态响应效果。     

Fe-Mn阻尼合金简支梁受迫振动时的幅频特性

针对目前阻尼合金研究试样较小、测试方法和条件同实际应用环境相差较大的问题,采用Fe-Mn阻尼合金和45钢制作成同尺寸的简支梁,在振动台上进行激振实验,测试其在受迫振动条件下的幅频响应特性,有助于认识大尺寸Fe-Mn合金构件在受迫振动条件下的阻尼减振行为,为进一步推动其在工程中应用奠定基础.实验结果表明:在受迫振动条件下,Fe-Mn阻尼合金梁的阻尼减振特性主要表现在大幅度降低共振时的振幅和明显减小产生共振的频率范围两方面,这在工程中具有很好的应用前景;激振强度较大时,Fe-Mn阻尼合金梁展现出很好的阻尼减振性能,而激振较小时,阻尼减振性能不明显,说明其适用于受较大力和冲击场合下的减振.     

桩基非线性轴向受迫振动稳态幅频响应分析

用多时间尺度法得到了一端固定、另一端自由的桩基非线性轴向受迫振动系统主共振时的稳态幅频响应曲线。研究表明:桩基非线性轴向受迫振动的幅频响应曲线不仅与派生线性振动系统的固有频率、土刚度和阻尼系数有关,而且也与振幅、相位和非线性特征量有关。幅频响应曲线中会出现一种典型的振幅跳跃的非线性现象,当激励频率接近线性系统固有频率时,系统产生共振从而响应幅值增大,而且同一激励频率可能会对应于振幅的多个不同值,运动状态具有不稳定性。随着非线性系数的增大,响应曲线峰值侧向弯曲;粘性阻尼会抑制响应振幅的增大;激励振幅增大会导致响应振幅增大。     

电磁阻尼器多频数字控制器的研究

研究挠性转子轴承系统在多频激励力的作用下，电磁阻尼器控制系统的设计方法。首先在物理空间下建立了系统多频受迫振动的基本方程；然后，采用信号处理和计算机控制技术，提出了多频振动主动控制规律；并用实验加以验证。结果表明：本文所设计的控制器，具有控制效果明显、稳定性好以及控制算法易在微机上实现等优点．     

曲面保护高里程加速度传感器阻尼特性研究

利用有限元模拟方法，对一种高量程MEMS加速度计进行10万g正弦加速度脉冲下的动态冲击响应分析。首先，建立适用于该器件曲面阻尼的分段近似叠加理论模型；随后，采用ANSYS有限元模拟技术分别研究器件阻尼带隙宽度及其阻尼介质特性对器件动态冲击响应特性的影响。器件动态冲击响应实际上是受迫振动与传感器悬臂梁固有频率振动的叠加。当阻尼带隙较小时，输出结果表现为冲击载荷下的受迫振动响应；随着阻尼带隙变宽，悬臂梁固有频率振动渐突显，响应峰值电压也近线性增加，而峰值电压所对应时间则非线性减小。在其它条件相同情况下，阻尼介质粘滞系数越大，响应输出曲线越光滑，但其峰值电压也相应越低。在空气阻尼介质中，过载保护曲面的平移距离控制在0．5—0．65gm范围内，以获取较好的动态响应效果。     

电阻尼器多频数字控制器的研究

研究挠性转子轴承系统在多频激励力的作用下，电磁阻尼器控制系统的设计方法。首先在物理空间下建立系统多受迫振动的基本方程，然后，采用信号处理和计算机控制技术，提出了多频振动主动控制规律；并用实验加以验证。结果表明，本文所设计的控制器，具有控制效果明显、稳定性好及控制算法易在微机上实现等优点。     

主动约束层阻尼结构的一种新模型

提出一种主动约束层阻尼结构的新力学模型.该模型假定阻尼层既横向剪切变形又横向拉压变形,主动约束层和基层存在不同的横向位移.使用有限元法建立主动约束层阻尼梁的动力学方程,并针对典型算例进行数值计算.与传统模型比较发现:粘弹性层的横向拉压变形不但会影响系统的动态特性,而且会降低压电层的主动控制作用.研究表明,粘弹性层横向压缩变形不应忽略.     

Fe-Cr-Mo合金降性能的研究

摘要:从工程应用出发,对比研究了18-8不锈钢Fe-Cr-Mo阻尼合金圆桶试样在自由和受迫振动条件下噪声的响应规律,同时还研究了激振力大小对两试样噪声响应峰值的影响以及两试样的隔声降噪性能。研究结果表明：无论自由振动条件下,还是受迫振动条件下,Fe-Cr-Mo阻尼合金都表现出较低的噪声响应性能。随着激振力的增大,两试样的噪声响应峰值均增大,但Fe-Cr-Mo阻尼合金试样的响应峰值较18-8不锈钢试样明显降低;Fe-Cr-Mo阻尼合金试样隔声时,较18-8不锈钢更能显著地降低了声源的噪声。     

Model reduction for dynamical systems with quadratic output

Finite element models for structures and vibrations often lead to second order dynamical systems with large sparse matrices. For large‐scale finite element models, the computation of the frequency response function and the structural response to dynamic loads may present a considerable computational cost. Padé via Krylov methods are widely used and are appreciated projection‐based model reduction techniques for linear dynamical systems with linear output. This paper extends the framework of the Krylov methods to systems with a quadratic output arising in linear quadratic optimal control or random vibration problems. Three different two‐sided model reduction approaches are formulated based on the Krylov methods. For all methods, the control (or right) Krylov space is the same. The difference between the approaches lies, thus, in the choice of the observation (or left) Krylov space. The algorithms and theory are developed for the particularly important case of structural damping. We also give numerical examples for large‐scale systems corresponding to the forced vibration of a simply supported plate and of an existing footbridge. In this case, a block form of the Padé via Krylov method is used. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

非线性阻尼变刚度半主动结构振动控制

提出了具有非线性阻尼器的可变刚度系统及其半主动振动控制理论与方法，通过对５层钢框架试验模型的仿真计算，分析了非线性阻尼变化对结构振动响应的影响。分析结果表明：所提出的半主动控制系统能够有效地减小结构的振动反应。     

Active control of non-stationary response of a two-degree of freedom vehicle model with nonlinear suspension

Active control of non-stationary response of a two-degree of freedom vehicle model with nonlinear passive suspension elements is considered in this paper. The method of equivalent linearization is used to derive an equivalent linear model and optimal control laws are obtained by using stochastic optimal control theory based on full state information. Velocity squared quadratic damping and hysteretic type of stiffness nonlinearities are considered. The effect of the nonlinearities on the active system performance is studied. The performance of active suspensions with nonlinear passive elements is found to be superior to the corresponding passive suspension systems.     

航海船舶多维振动主动控制研究

采用基于并联机构和电磁作动器的多维振动主动控制装置,实现了对船舶航行中面临的多维低频振动衰减。对振动控制装置进行了结 构设计、系统控制模型分析和控制算法研究,并制作样机进行了实验研究。样机试验结果表明,该多维减振装置能够实现船舶多维低频振动主 动控制。     

典型激励下调谐质量惯容系统TMIS的轻量化结构控制

经典调谐质量减振系统往往需要较大的附加质量和相应的额外安装空间,为其实际使用带来不便。惯容系统是一种新型的高效振动控制装置,具有两端点惯性、表观质量增效和耗能增效等特性,其中表观质量增效特性可以实现轻量化结构振动控制。该文聚焦具有轻量化控制特征的广义调谐质量惯容减振系统(Tuned mass inerter system, TMIS),陈述其基本原理与典型拓扑形式。考虑地震作用、风荷载与人致激励三种典型动力激励,提出适用于广义TMIS的基于性能需求的优化设计方法获得惯容系统的参数,在使结构满足性能目标的同时降低所需调谐质量的大小。通过与经典调谐质量减振系统进行对比,说明调谐质量惯容系统的轻量化减振控制优势,并通过典型案例及其动力响应分析加以验证。研究表明:TMIS是一种高效的结构振动控制装置,在多种典型灾害下均能有效实现结构减振控制的性能目标与减小调谐质量需求的轻量化目标,为结构振动控制问题的解决提供了便利的新选择。     

振动主动阻尼控制的理论原理及控制策略

本文应用模态控制理论,对主动阻尼控制的理论原理及控制策略问题进行了研究,并对主动阻尼控制技术中的压电阻尼技术进行了实验研究,结果表明,通过选取合适的压电材料和选择适当控制策略,可以有效地提高结构阻尼及实现振动控制目的.     

颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器的设计与实验

石化企业中缓冲罐、管道、压力容器及换热器等圆筒形设备普遍存在振动。采用低元化模型和等效质量辨识法,对调谐质量阻尼器在此类连续系统中的振动控制机理进行研究,设计一种便于安装的新型颗粒碰撞环形调谐质量阻尼器。理论推导阻尼器环向对称布置弹簧的综合刚度,测量颗粒碰撞阻尼系数,得到了最优调谐参数的阻尼器。运用MATLAB对不同阻尼比的阻尼器减振特性进行仿真,并设计悬臂钢结构圆筒模型作为振动控制对象。对结构1阶模态频率附近的振动控制情况进行实验,对比有无颗粒阻尼下的减振效果差异。结果表明,设计的颗粒碰撞阻尼器能够有效抑制圆筒设备各方向振动,且减振频带大幅度拓宽。这种环形设计思想和颗粒碰撞阻尼可以对调谐质量阻尼器提供更大的应用空间。     

低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器。根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG。对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制。     

磁流变减振器变阻尼特性对车辆平顺性的影响

对盘形缝隙磁流变减振器阻尼特性进行理论分析和实验研究后,得出该减振器阻尼特性、磁感应强度与活塞运动速度之间的关系式。在不实施控制策略的前提下,利用2自由度悬挂系统分析了磁流变减振器阻尼特性变化对车体垂直振动加速度均方响应和动行程均方响应的影响,指出活塞在高速运动时难以对磁流变减振器进行变阻尼控制的原因,同时得出磁流变减振器阻尼特性随活塞运动而变化的特性对悬挂系统的影响,为其在车辆悬挂系统半主动控制中的实际应用提供了有价值的理论依据和实验结果。