双线性变换中的频率失真

研究了双线性变换中的频率失真，对于二阶系统，提出了二阶差分方程的点阻效应的概念，导出了频率失真的误差关系式，对于一阶系统，通过考察（－3dB)通带边缘频率，推导出频率失真的误差关系式，这些关系式的正确性通过几个例子获得了验证，研究结果表明，双线性变换中的频率失真与采样频率与系统本身的特性有关，当系统特性确定后，增加采样频率，可以减少误差，实际应用中，对于二阶系统，采样频率至少是系统固有频率的15倍，对于一阶系统，应使采样频率和时间常数的乘积大于2，从而可使频率失真较小。     

自适应一阶和二阶PMD补偿的理论与实验研究

理论上分析了两阶段补偿器能够同时完全补偿一阶及二阶PMD(去偏振项)的机理。以两个偏振控制器和两段保偏光纤组成PMD模拟器,采用DOP方法完成了10Gb／s NRZ码高速光纤通信系统自适应一阶和二阶PMD补偿的实验研究。结果表明：补偿前系统一阶、二阶PMD分别为60ps、4200ps^2,而补偿后分别为8ps、50ps^2,补偿时间小于100ms。通过PMD补偿,NRZ码眼图得到很好恢复。建立起的自适应补偿系统可以很好地同时补偿系统中的一阶、二阶PMD。     

盒式应变天平动态建模与补偿

在对盒式应变天平进行动态标定实验的基础上,采用基于OE模型预报误差法分别对其6个测量通道进行系统辨识建模和动态补偿器设计,并给出了相应的参数和动态性能指标.由建模结果可知,天平各通道阻尼比均小于0.1,从而导致其动态响应超调大、调节时间长.经MATLAB仿真,所设计动态补偿器能使天平动态阶跃响应超调量降至5%以内,调节时间均缩短为30 ms以内,从而使天平的动态测试能力得到大幅提升,对于节能降耗及提高测试效率具有重要意义.     

可编程动态特性补偿滤波器设计

以常用的典型传感器为应用对象,设计了一种可编程配置的动态特性补偿模拟滤波器,通过单片机控制改变模拟滤波器电路的结构与参数以实现对不同传感器动态特性的补偿。通过对不同方案的分析和比较,选择了合适的电路结构以及元件参数,实现了针对常见工作频带在20 k Hz以下的机电系统3~6阶可编程传感器动态特性补偿滤波器。通过对由电路构成的一阶系统和悬臂梁系统的补偿,验证了该动态特性补偿滤波器的可用性。     

收发分体式四自由度激光测量系统耦合误差建模与补偿

线性导轨广泛应用于精密机床和仪器,其运动精度直接影响所在设备的空间定位精度。针对团队前期研制的可以测量导轨直线度、俯仰角和偏摆角的收发分体式四自由度激光测量系统,其直线度与角度测量结果间存在的耦合干扰问题,提出了一种误差建模与补偿方法。根据激光测量系统的原理和结构,分析并确定了耦合误差的主要来源,利用矩阵光学及齐次坐标变换的方法建立了耦合误差的补偿模型。以雷尼绍XL-80型激光干涉仪为基准,对所建立的误差补偿模型进行了实验验证,结果表明:利用所建模型补偿后的直线度和角度测量误差均降低了75%以上。所提出的误差建模与补偿方法不但有助于提高四自由度激光测量系统的精度,同时也有助于降低其成本。     

异种帧的相关性对MPEG-2视频源建模的影响

MPEG编码标准通常使用I、P、B三种帧类型。由于P，B帧利用基于I帧的运动补偿技术进行编码，因此同一GOP内不同类型帧之间存在较强的相关性。考虑场景并用二阶自回归模型为I帧建模：（1）对P，B帧采用相地于I帧的一阶合成回归模型建模；（2）分别对P，B帧采用二阶自回归模型建模。实验结果表明，考虑同一GOP内不同帧之间的相关性的模型，比较准确地反映了视频源的统计特征与排队性能。     

基于一阶及二阶DIC方法的常应变剪切带的测量误差分析

制作了水平和倾斜的常应变剪切带,使用数字图像相关方法(DIC)对剪切带内、外的位移场和应变场进行了测量,分析了形函数、子区尺寸及测点间距对测量结果的影响。结果表明:在剪切带边界附近,一阶或二阶DIC方法的位移误差限均较大,这是因为这些区域的子区覆盖了一部分剪切带;子区尺寸越大,或测点距离剪切带边界越近,位移误差限越大;一般对于剪切带边界附近测点,二阶DIC方法比一阶DIC方法的位移误差限小;随着测点间距的增加,一阶或二阶DIC方法的剪切带的法向剪应变坐标曲线由陡峭变得平缓,剪切带宽度逐渐增加。     

精密光测仪器的微振校正方法

对于由地面微振引起的激光干涉仪测量误差问题,本文提出了一种基于地面微振精确测量误差校正方法。在常规地面环境下,使用高动态拾振器和4阶delta-sigma的ADC进行微振信号测量,并应用高精度积分算法和传感器频响反演计算,获得纳米级测量误差的微振数据,作为光测仪器的固定反光镜的位移,补偿到系统测量数据的计算中。     

一个非线性奇异振子的谐波平衡解

应用谐波平衡法计算了一个恢复力与因变量成反比的非线性振子的近似频率和近似周期解。与Mickens的方法不同,直接求解了非线性奇异二阶微分方程。一阶和二阶谐波解所对应的非线性恢复力的傅立叶级数展开式的系数容易由相应的积分得到。由二阶谐波平衡法得到的非线性代数方程组很容易用符号运算软件求出。得到的一近似频率与精确频率的百分比误差是12.8%,而二阶近似频率与精确频率的百分比误差小于1.28%。与数值方法给出的“精确”周期解比较,二阶近似解析解要比一阶近似解析解精确得多。高阶谐波平衡法一般需要求解复杂的非线性代数方程组,但是借助于Matlab和Mathematica等符号运算软件,这一困难可以得到一定程度的克服.     

基于模糊神经网络的接触式测头动态误差补偿

测头动态误差严重制约高精度坐标测量机发展,为此,提出基于模糊神经网络的测头动态误差补偿方法以提高测量精度.首先利用三坐标测量机测量标准球和标准环规得到训练样本和测试样本,然后分别使用训练样本和测试样本对接触式测头动态误差进行建模和补偿,最后与BP神经网络模型和静态误差模型进行比较试验.结果表明,经模糊神经网络模型补偿后误差从4.6μm减小至1.3μm,精度提升70%以上;模糊神经网络对测头动态误差具有更好的补偿效果和稳定性.证明模糊神经网络模型能够有效提高测头的动态测量精度.     

激光陀螺捷联惯导系统减振功率谱分析

应用多体系统传递矩阵法,推导了激光陀螺捷联惯导减振系统各元件的传递方程和传递矩阵,建立了相应的多体系统动力学模型,获得了系统总传递方程、总传递矩阵和响应的功率谱密度.分别应用文中方法和通常振动分析方法,获得了随机输入条件下激光陀螺捷联惯导减振系统动态响应的功率谱密度,仿真结果对比表明了文中方法的有效性.文中方法无需建立系统总体动力学方程,计算速度快、建模灵活,为激光陀螺捷联惯导系统减振设计提供了新的技术手段.     

含三次非线性位移的粘性阻尼干摩擦隔振系统振动特性的实验研究

在分析库仑摩擦阻尼双线性滞迟模型的基础上，通过试验建模和参数辨识，得到了无记忆恢复力亦为非线性力的动力学模型。金属橡胶粘性阻尼隔振系统对正弦基础激振的响应计算表明：在相对位移振幅ym较大的情况下，必须考虑无记忆恢复力中位移三次非线性的影响；而在ym较小时，位移三次非线性的影响可以忽略不计。金属橡胶粘性阻尼隔振系统的振动试验表明：粘性阻尼隔振系统的一阶共振频率随激励的逐渐增强而逐渐减小并趋于稳定；其一阶共振放大比随激励的增强先减小后增大，但变化的幅度不大，在激励较小时表现出明显的“软化”非线性动态特性，在较大激励时仍具有较好的隔振缓冲性能，验证了试验建模的结果。研究结果表明，金属橡胶精细结构材料具有很强的阻尼耗能作用，对恶劣环境下各种仪器设备的振动保护非常有利。     

Exploring damping characteristics of composite tower of cable-stayed bridges

The damping characterization is important in making accurate predictions of the seismic response of the hybrid structures dominated by different damping mechanisms. Different damping characteristics arise from the construction of the tower with different materials: steel for the upper part; reinforced concrete for the lower main part and interaction with supporting soil. The process of modeling damping matrices and experimental verification is challenging because damping cannot be determined via static tests as mass and stiffness can be. The assumption of classical damping is not appropriate if the system to be analyzed consists of two or more parts with significantly different levels of damping. The dynamic response of structures is critically determined by the damping mechanisms, and its value is very important for the design and analysis of vibrating structures. An analytical approach that is capable of evaluating the equivalent modal damping ratio from structural components is desirable for improving seismic design. Two approaches are considered to define and investigate dynamic characteristics of a composite tower of cable-stayed bridges: The first approach makes use of a simplified approximation of two lumped masses to investigate the structure irregularity effects including damping of different material, mass ratio, frequency ratio on dynamic characteristics and modal damping. The second approach employs a detailed numerical step-by-step integration procedure.     

基于能量法的库伦摩擦阻尼特性分析

为了研究摩擦减振特性,对给定二自由度摩擦系统的动力学方程进行分析,利用能量守恒原理和阻尼减振原理给出系统摩擦阻尼的损耗因子。通过分析不同外载荷、质量比和刚度比对损耗因子的影响,以及对不同最大动摩擦力时质量体的长、短时程位移变化特性进行比较。结果说明损耗因子随外载荷和系统结构参数不断变化;最大损耗因子对应的最大动摩擦力作用系统,只有在短时间内有较好的减振特性,在实际中可以采用主动控制摩擦力的方法达到最佳减振效果。     

土结构动力相互作用的实时耦联动力试验的时滞稳定性

针对土-结构动力相互作用的实时耦联动力试验(SSI-RTDHT),以单自由度上部结构体系为例,建立了考虑振动台时滞及其补偿的数学模型;然后采用基于Padé 展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性;最后利用数值仿真验证了理论分析得出的稳定条件.研究结果表明:时滞明显地改变了系统固有模态的动力特性,并使得SSI-RTDHT 成为一个条件稳定系统;稳定性随时滞和上部结构频率的增大而降低,随地基特征频率的增大而提高;上部结构阻尼比对稳定性影响不大.三阶多项式补偿会明显降低试验体系的稳定性,但可以改善固有模态的性能.     

基于非线性阻尼识别的螺栓连接检测技术

螺栓连接质量是影响机械结构装配质量的关键,研究快捷、有效的检测技术具有重要意义。根据能量守恒定律,推导出螺栓连接接触面非线性阻尼识别公式。基于系统动力学特性与经验模态分解(EMD)相结合的方法,确定出用于阻尼识别的系统敏感固有频率。以L型梁为研究对象进行实验,并利用希尔伯特变换方法和建立的非线性阻尼识别公式,得到系统的黏性阻尼比以及非线性阻尼比。研究表明,螺栓扭矩的变化对系统固有频率影响较小,而对系统阻尼的影响显著,尤其是对黏性阻尼比的影响较明显;当螺栓发生松动时系统的黏性阻尼比会发生明显的非线性变化,即由0.1225跃升至0.2587,相对增加了111.18%,从而验证了基于非线性阻尼变化检测螺栓连接质量的有效性。     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

《结合部系统的混沌与分岔的研究》

研究了机床导轨结合部系统的非线性动力学行为。考虑到系统在实际接触振动过程中具有滞回模型的特点,建立了分析该类系统的数学模型,并应用渐进法求出系统的等效阻尼和等效刚度系数。采用Range-Kutta法对系统方程进行了数值计算,并讨论了系统在改变阻尼条件下的非线性动力响应问题。最后发现阻尼在一定范围内变化时,系统会出现混沌运动。     

车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数分析

针对车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的取值问题,以高速铁路40m简支梁桥、板式无砟轨道和高速列车为对象,采用桥梁动力分析程序BDAP V2.0分析了结构阻尼比和参考频率选取对耦合系统动力响应的影响规律,并基于Rayleigh阻尼模型的带通滤波特征提出了车-轨-桥动力系统中Rayleigh阻尼参数的统一取值方法。结果表明：桥梁位移、加速度、脱轨系数和轮重减载率均随阻尼比的增大而减小,但车体加速度随阻尼比的增加变化却不大。当阻尼比ξ和参考频率ωi一定时,增大参考频率ωj相当于降低阻尼比ξ,车桥系统的动力响应随之增大。在车-轨-桥动力系统中,建议结构阻尼比ξ根据材料类型取较小值,参考频率ωi取结构基频ω1,ωj取轨道几何不平顺产生的最高激振频率ωf =最高车速/轨道几何不平顺最小波长。     

二阶线性时不变测量系统动态特性的补偿与动态不确定度评估

采用一种新的设计测量系统补偿滤波器的方法,根据校准得到的测量系统频率响应数据直接设计补偿滤波器,避免了系统辨识过程。通过接近实际测量条件的仿真实验表明,该方法能有效地提高测量系统的带宽,减小动态误差。同时,按照GUM推荐的不确定度评定准则,对整个动态测量过程,包括动态补偿以及滤波运算过程的不确定度进行了评估,得到了经过补偿后系统输出的被测量以及对应的动态不确定度曲线。