二阶系统变阻尼技术研究

本文基于测速反馈原理，针对二阶系统提出了两种改变系统阻尼的方法。通过适当改变测速反馈系数，可使闭环系统的阻尼比按期望的规律变化（阻尼比可以为负），从而可显著地加快系统的输出响应，使系统的动态性能大为改善。文中提供了仿真算例。     

变阻尼控制技术改善二阶系统性能的研究

在二阶系统中，引入变阻尼控制技术，在线调整系统的阻尼比，可改善系统的动态特性，提高系统的抗干扰性能。文章介绍了变阻尼控制技术的基本原理和实现方法，并进行了仿真分析。     

基于二阶系统阶跃响应辨识传递函数的实验设计

二阶系统是经典控制理论课程中的重要环节。传递函数是经典控制理论中设计控制器的基础。论文中设计了一个基于二阶系统阶跃响应的传递函数辨识的matlab实验。分别针对典型二阶欠阻尼系统和过阻尼(含临界阻尼)系统进行传递函数的辨识。其中欠阻尼系统传递函数的辨识采用阶跃响应特征法，过阻尼系统传递函数的辨识采用阶跃响应y-t直线拟合法。设计了具有代表性的实验数据以及实验结果。教学实践表明，该实验在实际教学中具有良好的效果。     

二阶系统模糊自适应PID变阻尼控制仿真研究

为了改善二阶系统的动态性能,通常用速度反馈增大等效阻尼比的方法减小输出响应振荡和超调量,但阻尼比增大,系统响应迟钝,快速性变差.当无阻尼自然振荡角频率一定时,阻尼比是影响二阶系统性能的主要因素.在线调整速度反馈通道增益以改变阻尼比从而改善系统性能.由于很难准确建立系统跟踪偏差和偏差变化率与速度反馈通道增益之间的数学模型,所以,模糊自适应PID变阻尼控制结合PID控制和模糊控制的优点,运用模糊推理方法根据系统输出响应的不同阶段在线实时调整系统的阻尼比,从而提高系统快速性和稳定性.仿真结果表明该方法可行,系统动态性能得到明显改善,无超调现象,并具有良好的抗干扰性.     

带球形底的圆柱容器中液体小幅晃动的实验研究和有限元分析

晃动阻尼比的计算一直是航天器控制系统建模中很难把握的问题,本文进行了带球形底的圆柱容器中液体小幅晃动模态的固有频率和阻尼的实验研究,并将其与作者提出的有限元计算得到的结果进行了对比分析．频率的计算值与实验值吻合得很好,按洁净液面情况算得的阻尼值比实验值偏小．如果将液面污染耗散带来的阻尼乘以一定的因子引入阻尼的计算,则可得到与实验结果接近的阻尼计算值．这种形状容器在卫星上常用,本文结果对工程具有很好的指导意义．     

基于静态马尔可夫链模型的实时异常检测

马尔可夫链模型可以用来描述系统的正常行为模式，文中提出了一种基于静态马尔可夫链的异常检测方法，在此基础上进行了算法实现。实验结果表明该方法实现简单，准确率较高，可适用于不同环境下的实时检测。     

利用反卷积改善非线性传感器的性能

介绍一种适用于非线性系统的反卷积算法.通过计算机仿真,一阶系统恢复信号相对平方误差在1%以内,相对阻尼系数为0.57~0.8的二阶系统恢复信号的相对平方误差在2%以内,可改善非线性系统的线性度和动态性能.通过振动测量实验验证,得到了较好的效果.该算法简单,在低频系统中可实时运行.     

阻尼对泡沫夹芯梁非线性振动响应的影响

基于Euler—Bernoulli梁理论、Hamilton原理以及Galerkin方法，建立了大变形悬臂夹芯梁在横向周期载荷作用下的二阶动力学方程；通过考虑外周期激励的不同频率与幅值，详细分析了材料阻尼比对泡沫铝夹芯梁的振动响应的影响．结果表明，泡沫夹芯结构具有较好的阻尼性能，可有效抑制梁的混沌振动．     

基于单目视觉和扭摆法原理的刚体转动惯量测量技术研究

在扭振法转动惯量测量中通常忽略系统阻尼对计算结果的影响，从而导致测量误差，针对此问题提出了一种融合视觉检测技术和扭振法基本原理的刚体转动惯量测量方法。该方法通过高帧率的工业相机捕获被测物体的扭振轨迹图像，经过高斯模糊、二值化和Canny边缘算法等处理后提取出图像特征，根据物像坐标转换关系计算每帧图像对应被测物的扭摆角θ，得到扭摆角-时间曲线。由该曲线得到扭振周期T和阻尼比ζ，再根据转动惯量与扭振周期、阻尼比之间的数学模型，最终得到被测刚体的转动惯量值。实验结果表明，该方法能够准确识别扭振阻尼，实现转动惯量的精确测量，在0-5×10-3 kg·m2范围内，单次测量误差的绝对值不超过2.51×10-5 kg·m2，标准差优于1.80×10-5 kg·m2。     

适用于井下的PWM整流器LCL滤波器设计

应用于刮板输送机、采煤机等机械设备的双PWM变频调速系统需在整流器网侧设置滤波器以抑制谐波电流。现有的LCL滤波器设计方法依赖经验,效率较低,且对阻尼损耗问题考虑不足,易导致器件发热,不适于井下应用。通过分析双PWM变频调速系统整流器的LCL滤波器模型,推导了电感比、阻尼电阻与电流衰减系数、谐振频率、阻尼损耗之间的数学关系,进而提出了适用于煤矿井下的PWM整流器LCL滤波器设计方法,即:在考虑滤波效果、电流快速跟踪能力、系统快速响应能力基础上,为减小整流器体积,应选取较小的总电感;在保证滤波效果前提下,尽量增大滤波电容;在允许的电流总谐波畸变率范围内,尽量选取电感比和阻尼电阻最小值。在Matlab/Simulink中搭建三相电压型PWM整流器控制模型进行仿真验证,结果表明采用该方法设计的LCL滤波器可使PWM整流器具有很小的超调量、快速的响应能力、较低的电流总谐波畸变率;通过样机实验验证了LCL滤波器能较好地抑制PWM整流器网侧电流,提高并网电流波形质量;通过对比验证了该方法设计的滤波电感和阻尼电阻均明显小于传统方法设计值,可有效减小滤波器体积,降低成本。     

基于小波变换的心电图QRS波群峰值检测

该文给出了一种利用高斯一阶导数小波变换对心电图（ECG）QRS综合波峰值进行检测的方法。该方法的基本思想是：首先对ECG信号在小尺度上进行小波变换，然后利用系数中的极大极小值对来确定原始信号峰值（R峰或QS尖峰）的范围，进而返回原始信号定位峰值点。使用该方法对MIT—BIH Arrhythmia Database提供的30分钟的真实ECG记录进行仿真分析，结果显示该方法能较好的检测QRS波，并较为精确的定位峰值点。     

Volterra核的测量及在非线性模拟电路测试中的应用

研究了Volterra频域核的测量方法。提出一种利用优化正弦谐波信号作为系统的激励信号测量Volterra频域核的方法．将其用于测量2阶Volterra核时，没有1，3，5等奇数阶和4阶Volterra核的干扰，测量精度高．利用2阶Volterra频域核作为故障特征对非线性模拟电路进行故障诊断，仿真结果表明，故障识别率高，时问开销小，通用性强．     

基于小波变换的血压信号特征提取方法研究

该文针对传统的人体血压信号特征提取方法的不足，提出了一种了基于小波变换的人体血压信号特征量提取方法。人体的血压信号是一种非平稳的低频信号，使用Marr小波对人体血压信号进行小波变换的时间一尺度分解，可以得到人体血压信号的模极大值曲线；通过选择合适的分解尺度，可以有效地滤除噪声，对人体血压数据进行消噪处理；进一步滤除奇异性极大值点，可以提取出动脉波动位置和动脉波动幅度信息。文中给出了算法的完整实现，并利用实际采集的人体血压数据验证了该算法，得到了波峰模极大值点和心脏跳动所发生的精确时刻，为人体血压信号的参数识别奠定了基础。     

Statistical properties of response for nonlinear structural systems with random parameters

A probabilistic algorithm for calculating the statistical properties of response due to uncertainties in geometry and material properties for geometrically nonlinear structural dynamics is presented. It is shown here that this technique is readily applicable to geometrically nonlinear small strain dynamic problems in which the equations of motion of structures are derived using the finite element method. A general formulation for problems of this type is presented. The efficiency of the method is illustrated by application to nonlinear vibration of a cantilever beam with random parameters.     

变压器绝缘纸板微水分测量系统

采用介电法与称重法结合试验的方法对绝缘纸板在线干燥过程进行研究。介绍一种基于AT89S51单片机的便携式纸板微水分实时测量系统,它可用于变压器绝缘纸板中微量水分的介电频谱法测量,能够实现测量系统中不同频率正弦驱动信号的发生以及对电容式传感器反馈的信号进行数据处理及水分值显示的功能,专门设计的电容式传感器可以感应干燥罐中器身的微水分变化。描述了系统的硬件结构和软件设计。     

基于多神经元模型的非线性系统预测控制

利用单神经元来逼近非线性系统在平衡点邻域内的泰勒展开式的直至二次项,首次提出了一种用多个单神经元模型来拟合非线性系统的建模方法,引入多模型参考轨迹,得到一种新的多模型预测控制。仿真结果表明,基于二阶泰勒级数得到的多神经元模型的预测控制器的性能要优于采用泰勒级数一阶线性项得到的多模型预测控制器,但计算量并未显著增加。     

基于波浪能获取的多关节仿生机器鱼能源自给系统

为解决仿生机器鱼水下长期服役的能源瓶颈问题,提出利用波浪能摆动关节来发电的多关节仿生机器 鱼能源自给系统．根据随机波浪理论分析了海浪的频谱特性和获能潜力,设计了利用关节摆动发电的能源获取系 统,并建立该系统的机电模型．最后,通过仿真模拟和单关节摆动发电试验验证了该方法的可行性,为仿生机器鱼 水下长期服役的能源自给系统设计提供了参考．     

一类二维粘性波动方程的交替方向有限体积元方法

针对二维粘性波动方程模型问题,提出了一类基于双线性插值的交替方向有限体积元方法,并给出了两种具体计算格式,一是基于有限差分方法中Douglas思想的格式,二是一类推广型的局部一维格式.分析证明了该方法按照L~2范数在时间和空间方向均有二阶收敛精度.最后,数值算例验证了算法的有效性和精确性.     

硅微振梁式加速度传感器中微杠杆结构的设计

提出了一种采用微杠杆结构进行惯性力放大的硅微振梁式加速度传感器结构,阐述了其工作机理.在此基础上,讨论了两种不同的支点形式,分别推导了这两种结构形式的放大倍数计算公式,发现Ⅰ型支点形式的放大倍数略高于Ⅱ型支点,并采用有限元方法进行了仿真;分析了支点刚度以及输出轴刚度对放大倍数的影响;提出了微杠杆结构设计的原则.     

Pseudo‐energy shaping for the stabilization of a class of second‐order systems

A Lyapunov direct method is presented for a class of second‐order systems that includes mechanical systems. This method shall be called a pseudo‐energy shaping method because it reduces to the energy shaping method when a given second‐order system is a mechanical system. The pseudo‐energy shaping method comprehends both the Lyapunov direct method for mechanical systems proposed by Aguilar‐Ibañez and the controlled Lagrangian method that has been successfully applied to stabilize mechanical systems. A class of second‐order systems including mechanical systems is defined first. For this class, matching conditions are derived for the construction of an energy‐like Lyapunov function that shall be called a pseudo‐energy function. Easily verifiable conditions are then presented for stabilizability by the pseudo‐energy shaping method for a class of second‐order linear systems and for a class of second‐order nonlinear systems with one degree of under‐actuation. These results are applied to stabilize a two‐dimensional overhead crane system and a three‐link robot arm system. Copyright © 2011 John Wiley & Sons, Ltd.