随机智能桁架结构闭环控制平稳随机响应分析

研究平稳随机激励下随机智能桁架结构的闭环动力响应问题。同时考虑智能桁架结构的物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性，利用矩法和代数综合法，从结构平稳随机响应在频域上的表达式出发，分别导出随机智能桁架结构在平稳随机激励下闭环位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差的计算表达式。通过算例考察结构物理参数、几何尺寸和阻尼的随机性对结构位移响应均方值与应力响应均方值随机变量随机性的影响，并获得若干有意义的结论。     

随机天线结构在随机风荷激励下的动力分析

研究了具有随机参数的天线结构在随机风荷激励下的动力响应问题。从天线结构在随机风荷激励下振动响应在频域上的表达式出发,将天线结构物理参数、几何尺寸和结构阻尼均视为随机变量,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了随机天线结构在随机风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式。算例分析表明了天线结构参数的随机性对其在随机风荷激励下位移响应均方值和应力响应均方值随机性的影响。     

随机-区间混合参数桁架结构有限元分析方法研究

以随机-区间混合参数桁架结构为对象,研究了其在随机力作用下的有限元分析方法。利用随机因子法和区间因子法,建立了结构中随机参数和区间参数同时存在时的有限元方程;利用代数综合法推导出结构位移响应均值、方差的计算表达式。最后通过算例分析了结构物理参数、几何参数和外载荷为随机变量或区间变量时对结构位移和应力响应的影响,并验证了模型和方法的合理性与可行性。     

随机杆系结构的概率优化设计

对随机参数结构在随机载荷作用下的结构分析、可靠性分析和优化设计等问题进行研究。以衍架结构为对象进行结构分析，分别或同时考虑结构材料的物理参数、构件的几何尺寸和作用载荷幅值等的随机性。应用代数综合法对结构响应(位移、应力)随机变量的数字特征计算表达式进行推导。在结构可靠性分析的基础上，构建以杆件截面积为设计变量，使结构重量极小化为目标函数，同时具有应力和位移可靠性约束的优化设计数学模型。对模型中的可靠性约束进行等价显示化处理；对结构响应进行基于可靠性的灵敏度分析，导出结构响应可靠性约束的灵敏度计算公式。通过算例验证了文中提出的基于概率的结构分析和优化设计模型与方法的合理性与可行性。     

随机瞬态温度场分析

研究随机瞬态温度场响应的数字特征问题.考虑导热中物理参数和边界条件的随机性,并将随机参数用随机因子的形式表示.从结构温度场响应的近似表达式出发,利用求解随机变量函数数字特征的代数综合法,导出具有随机参数温度场响应的均值和方差的拟解析计算表达式.通过算例考察各参数的随机性对温度场响应随机性的影响.该方法具有只进行一次随机温度场分析便可以获得其响应数字特征,且可以考察任意参数的随机性对温度场响应的影响的优点.     

随机结构动力响应分析的加权残值方法

基于矩法和加权残值法两者的特点，提出随机结构动力响应分析的一种新方法。该法是将加权残值法和概率论中的矩法相结合，对物理参数、几何参数和作用载荷具有随机性的结构进行动力响应数字特征分析。此法简便可行，且能获得结构中各个参数的随机性对结构动力响应的影响。通过梁和板的两算例，证明文中方法的可行性和有效性。     

随机参数刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性分析

研究物理参数具有随机性的刚架结构的平稳随机位移响应动力可靠性的计算方法。考虑结构的物理参数具有随机性，从结构随机响应的频域表达式出发，利用求解随机变量数字特征的代数综合法和矩法，导出随机参数刚架结构在平稳随机激励下的位移及速度响应均方值的数字特征，再由动力可靠性的Poisson公式导出结构动力可靠度的计算公式。通过算例就各参数的随机性对结构动力可靠度的影响进行分析，验证本文方法的可行性。     

基于概率的桁架结构随机振动响应分析研究

研究了具有随机物理参数和几何参数的桁架结构在随机振动激励下的动力响应问题.从结构在随机振动激励下其振动响应在频率域上的表达式出发,利用求解随机变量函数矩的方法和求解随机变量数字特征的代数综合法,导出了桁架结构的位移响应均方值和应力响应均方值的均值、方差和变异系数的计算表达式.通过算例分析了结构物理参数和几何参数的随机性对桁架结构在随机振动激励下动力响应随机性的影响,得出了若干有用的结论,为随机桁架结构的动力设计奠定了基础.     

平稳随机激励下线性随机结构动力响应分析

对于外载是平稳随机激励的线性随机结构分析问题,在随机变量函数矩点估计和虚拟激励法的基础上,建立随机响应均方值特征参数的矩估计算法.应用虚拟激励法将随机载荷转化为确定性简谐载荷,计算确定性结构在平稳随机激励下响应的均方值,采用点估计方法分析平稳响应均方值的均值和方差,并计算响应均方值的变异系数,通过两个算例考察结构参数的随机性对结构响应均方值的影响.由于基于随机变量函数矩的点估计和虚拟激励法具有较高的效率和精度,因而所提方法具有一定的工程意义.     

随机参数弹性连杆在平稳随机激励下的动力可靠性分析

研究随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下的动力响应分析。利用拓广的随机因子法,从求解系统固有频率的瑞利商公式出发,得出物理参数和几何参数均为随机变量的弹性连杆时变固有频率的均值和方差。从动力平稳随机响应在频域上的表达式出发,利用求解随机变量函数的矩法和数字特征的代数综合法,计算出随机参数弹性连杆机构在平稳随机激励下弹性位移和速度的均方值的均值、方差表达式,由动力可靠度的公式导出其动力可靠度的均值和方差的计算公式。通过算例,分析机构物理参数和几何尺寸的随机性对机构动力可靠度随机性的影响。     

Dynamic analysis and design of uncertain systems against random excitation using probabilistic method

In this paper, a method to obtain the sensitivity of eigenvalues and the random responses of the structure with uncertain parameters is proposed. The concept of the proposed method is that the perturbed equation of each uncertain substructure is obtained using the finite element method, and the perturbed equation of the overall structure is obtained using the mode synthesis method. By this way, the reduced order perturbed equation of the uncertain system can be obtained. And the response of the uncertain system is obtained using probability method. As a numerical example, a simple piping system is considered as an example structure. The damping and spring constants of the support are considered as the uncertain parameters. Then the variations of the eigenvalues, the correlation function and the power spectral density function of the responses are calculated. As a result, the proposed method is considered to be useful technique to analyze the sensitivities of eigenvalues and random response against random excitation in terms of the accuracy and the calculation time.     

考虑结构参数不确定性的随机模型修正方法

提出了一种随机模型修正方法以确定结构不确定性参数的概率统计特性,使得模型修正的应用更符合工程实际。将随机模型修正过程分解为一组确定性修正过程,利用蒙特卡罗仿真得到的响应样本并结合响应面模型的快速运算特性,构造优化反演过程来求得各个样本所对应的一组参数值,进而基于大量样本统计得到参数的均值和方差。所提出方法经过一组试验钢板的验证,准确求得了钢板厚度和材料参数的均值和方差,说明了方法的可行性和可靠性。     

不确定声-固耦合模型高频分析的随机统计能量方法

为了解决汽车统计能量分析的不确定性问题,提出了汽车声固耦合模型的随机不确定性统计能量算法。该方法以结构和声腔材料参数为不确定变量,建立了声固腔耦合模型的统计能量方程,计算了模型的自损耗因子和耦合损耗因子,对材料参数的偏导数进行了分析,并根据随机算法理论推导了材料参数不确定状况下的噪声均值、标准差的求解公式。将该方法分别应用于简单平板声腔模型和汽车防火墙声腔模型,成功求解了不确定条件下的模型噪声波动特性。     

基于λ-PDF和一次二阶矩的不确定性反求方法

为了有效评价测量响应中不确定性对结构参量识别结果的影响,提出一种基于λ概率密度函数(Probability distribution function,PDF)和一次二阶矩的不确定性计算反求方法。采用二次衍生λ-PDF对待识不确定性参量的PDF进行建模。内层通过对参量呈λ-PDF的功能函数采用一次二阶矩法进行正问题求解,得到计算响应的概率分布;外层通过最小化测量响应与计算响应之间的概率分布特征量将不确定性反问题转化为确定性的最优化问题,并用隔代映射遗传算法识别未知参量 的参数。本方法不仅有效地实现了结构未知参量PDF的估计,而且与传统基于抽样的统计方法相比,计算效率较高。数值算例和工程应用验证了本方法的可行性和有效性。     

Study on the dynamic model and simulation of a flexible mechanical arm considering its random parameters

Randomness exists in engineering Tolerance, assemble-error, environment temperature and wear make the parameters of a mechanical system uncertain So the behavior or response of the mechanical system is uncertain In this paper, the uncertain parameters are treated as random variables So if the probability distribution of a random parameter is known, the simulation of mechanical multibody dynamics can be made by Monte-Carlo method Thus multibody dynamics simulation results can be obtained in statistics A new concept called functional reliability is put forward in this paper, which can be defined as the probability of the dynamic parameters (such as position, orientation, velocity, acceleration etc) of the key parts of a mechanical multibody system belong to their tolerance values A flexible mechanical arm with random parameters is studied in this paper The length, width, thickness and density of the flexible arm are treated as random variables and Gaussian distribution is used with given mean and variance Computer code is developed based on the dynamic model and Monte-Carlo method to simulate the dynamic behavior of the flexible arm At the same time the end effector’s locating reliability is calculated with cncular tolerance area The theory and method presented in this paper are applicable on the dynamics modeling of general multibody systems     

Eigenvalue problems of rotor system with uncertain parameters

A general method for investigating the eigenvalue problems of a rotor system with uncertain parameters is presented in this paper. The recurrence perturbation formulas based on the Riccati transfer matrix method are derived and used for calculating the first- and secondorder perturbations of eigenvalues and their respective eigenvectors for the rotor system with uncertain parameters. In addition, these formulas can be used for investigating the independent, and repeated, as well as the complex eigenvalue problems. The general method is called the Riccati perturbation transfer matrix method (Riccati-PTMM). The formulas for calculating the mean value, variance, and covariance of the eigenvalues and eigenvectors of the rotor system with random parameters are also given. Riccati-PTMM is used for calculating the random eigenvalues of a simply supported Timoshenko beam and a test rotor supported by two oil bearings. The results show that the method is accurate and efficient.     

电液比例系统的H_∞鲁棒性控制设计

针对电液比例系统中系统控制数学模型参数时变要求控制器鲁棒性强的特点,通过分析电液比例系统的物理模型,利用线性分式变换(LFT)方法,引入乘性不确定性参数,给出了参数时变的电液比例模型,并得出了具有参数不确定性系统状态空间函数模型。运用线性矩阵不等式(LM I)的H∞控制器的处理方法,设计出基于H∞控制的电液比例系统控制器。利用该控制器可有效的抑制参数时变对系统输出的影响。仿真表明该控制器在较大不确定参数的变动下,控制器仍然能够使系统具有较好的输出性能,结果说明该鲁棒控制器的有效性。     

Stability analysis of multiple time-delayed system

A general class of linear time-invariant systems with time delays is studied. A number of methodologies have been suggested to assess the stability in the parametric domain of time delay or coefficient. This study offers an exact, structured and robust methodology to determine the stability regions of uncertain parameters in both time-delay space and coefficient space. The Rekasius transformation is used as a connection between time-delay space and coefficient space. An explicit analytical expression in terms of the system parameters which reveals the stability regions(pockets) in the domain of time delay and coefficient is presented. The method starts with the determination of all possible values of uncertain parameters which result in purely imaginary characteristic roots. In addition, some special stability boundaries are also discussed. After generating stability boundaries in parametric space, the two-step determination procedure is proposed to determine the actual stability regions. Such an approach can be used to determine the stability regions of any uncertain parameters of any retarded time-delay system. A complete example case study is also provided.     

Random displacement and acceleration responses of vehicles with uncertainty

Dynamic displacement and acceleration responses of cars with uncertain parameters under random road input excitations are investigated by using a quarter-car model. Based on the theory of random vibration, the vehicle’s random displacement and acceleration responses are developed in time domain and frequency domain. The sprung mass, unsprung mass, suspension damping, suspension and tire stiffness are considered as random variables. The mean value, standard deviation and variation coefficient of the vehicle’s natural frequencies and mode shapes are obtained by using the Monte-Carlo simulation method. The computational expressions for the numerical characteristics of the root mean square value of vehicle’s random displacement and acceleration responses in the frequency domain are developed by means of the random variable’s functional moment method and algebra synthesis method. The influences of the uncertainty of the vehicle’s parameters on the vehicle’s random responses are investigated in detail using a practical example, and some useful conclusions are obtained.     

挖掘机器人伺服系统神经网络滑模控制

挖掘机器人伺服系统存在高度非线性、参数不确定和未建模动态等诸多不利因素,提出了一种结合径向基函数(RBF)神经网络的非线性滑模控制器,以提高控制精度和鲁棒性。首先,建立了单联伺服系统的数学模型;其次,采用RBF神经网络对系统的不利因素进行逼近,提出积分滑模面进一步减小稳态误差,同时减少对伺服系统参数的依赖,在此基础上,设计了基于RBF神经网络的滑模控制器(SMC-RBF),利用Lyapunov理论证明了系统的渐近稳定性;最后,通过不同的参考信号和整平实验验证了控制器的优越性。仿真结果表明,SMC-RBF控制器响应快,跟踪精度高且鲁棒性强,与PID控制器相比正弦轨迹跟踪精度提高了46%。整平实验结果表明,铲斗末端轨迹跟踪精度提高了52%。