两自由度非线性隔振系统线谱混沌化控制技术研究

线谱混沌化是提高潜艇声隐身性能的主要手段,但难以实现小振幅下的持续混沌化;同时,非线性隔振系统由于多个吸引子共存,混沌化品质依赖于初始条件和系统参数。为此,利用开环加非线性闭环方法研究两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移和线谱混沌化。建立两自由度非线性隔振系统的动力学方程并分析其全局性态,得到系统的全局分岔特性及吸引子共存规律;通过开环加非线性闭环方法实现不同吸引子之间的迁移控制,使系统在不同初始条件下始终运行于基础振动最小的混沌吸引子上;利用开环加非线性闭环耦合方法实现驱动系统和响应系统之间的广义混沌同步,使系统在不同参数下始终处于小振幅持续混沌运动。仿真结果表明该方法具有可行性和稳定性,能实现隐匿线谱信息和保持隔振性能的双重功能。     

两自由度高静低动刚度隔振系统的广义混沌同步化

针对目前潜艇动力机械系统的线谱控制方法难以实现小能量控制混沌化、变工况下持续混沌化和小振幅混沌化难题,提出了基于状态反馈和开环加非线性闭环耦合的两自由度高静低动刚度隔振系统广义混沌同步化方法。首先,建立两自由度高静低动刚度隔振系统的动力学模型,分析其全局性态;然后,利用Chen系统作为驱动信号,采用HookeJeeves方法优化控制增益,通过状态反馈实现变工况下的持续混沌化;最后,利用开环加非线性闭环耦合的广义混沌同步实现高静低动刚度隔振系统大参数范围和小振幅混沌化。仿真结果表明,虽然基于状态反馈的广义混沌同步能实现两自由度高静低动隔振系统持续混沌化且线谱强度有所降低,但基座的振动幅值相比未混沌化前急剧加大;而基于开环加非线性闭环耦合的广义混沌同步能同时实现两自由度高静低动隔振系统变工况下的持续混沌化和小振幅下的混沌化,不仅能显著降低线谱强度,而且能有效抑制被隔振物体的振幅,解决了一般意义的混沌化方法无法解决的线谱抑制和振动隔离之间的冲突。     

基于混沌同步与迁移控制的隔振系统线谱控制方法

为隐匿并降低船舶辐射水声中的线谱信息,提升船舶水声隐身性能,提出了一种基于混沌同步与迁移控制的船舶机械设备隔振系统(VIS)线谱控制方法。利用广义同步控制使隔振系统处于持续混沌运动状态,分析混沌同步系统的多吸引子共存现象以及不同吸引子对应的线谱控制效果,分别对开环控制、线性反馈控制、开环加闭环控制、开环加非线性闭环控制等迁移控制方法展开算法研究和稳定性研究,并将其应用于同步系统中混沌吸引子之间的迁移控制。仿真结果表明:广义同步控制下的隔振系统中有多个稳定的混沌吸引子,选择合适的迁移控制方法能够使混沌同步系统稳定运行于小振幅的混沌运动,降低特征线谱强度和设备振幅,并且该方法具有稳定性强、能耗低的特点。     

基于跟踪混沌化方法的线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌隔振技术利用隔振系统处于混沌状态时其响应功率谱呈连续谱这一特征来抑制动力机械对艇体的线谱激励。针对目前混沌隔振技术在工程实际应用中存在如何在小振幅条件下实现持续混沌运动的难题,提出了利用跟踪控制使隔振系统混沌化方法,抑制辐射水声中的线谱成分,同时解决了跟踪目标建立的难题,试验结果证明了该方法的有效性。     

基于滑模控制投影混沌同步在隔振系统中的应用研究

线谱是潜艇辐射噪声谱中最显著的特征,即使在潜艇以低速航行,产生最低的噪声辐射的情况下也可以探测到。利用混沌的宽频特性来降低潜艇辐射噪声线谱,提高其隐身能力已被广泛研究,但由于混沌的内在不确定特性,当系统处于混沌状态时,整体隔振性能不能得到保证。提出应用滑模变结构控制实现隔振系统和混沌系统投影同步的新方法,在保持原有隔振系统隔振性能的前提下有效的消除了线谱。该方法不用计算Lyapunov指数,且对参数失配具有很强的鲁棒性。通过对两自由度隔振系统和Duffing方程的数值仿真,验证了该方法可成功消除线谱且明显改善隔振系统的隔振性能。     

硬弹簧Duffing隔振系统跳跃性对广义混沌同步影响分析

针对将线谱混沌化控制方法用于工程实际时存在如何在隔振系统中实现持续的混沌运动难题,采用参数驱动广义混沌化同步原理控制方法驱动硬弹簧Duffing隔振系统的混沌同步,实现隔振系统在较宽参数范围内产生稳定的混沌运动;分析Duffing系统的跳跃性对广义混沌同步影响,在跳跃区间初始条件不同系统产生的混沌吸引子亦不同,而不同混沌吸引子又决定系统不同的隔振效果。     

基于碰撞振动的隔振系统混沌化实验研究

针对混沌线谱控制研究中如何在小振幅下实现隔振系统在较宽频带内的混沌运动这一难题,提出了基于碰撞振动的隔振系统混沌化方法,构建了实验系统并开展了实验研究。实验结果表明:被隔振设备的振幅小于0.2 mm时,也能使得隔振系统呈现出较强的混沌运动特征;在混沌状态下,不仅传递到基座的振动功率谱整体有所下降,而且主要线谱强度也显著降低;这些结论均验证了该方法的有效性。     

投影混沌同步试验研究

针对混沌线谱控制技术遇到的如何在变工况和小振幅条件下试现持续混沌的难题,在理论研究的基础上,根据工程实际,设计了试验台架、线性隔振元件和混沌驱动器,对投影同步进行了试验研究。结果表明,该方法能够使隔振系统在变工况和小振幅条件下稳定地产生混沌响应,控制器具有较强的鲁棒性,因而利用混沌同步降低辐射线谱幅度是可行的。     

参数扰动广义混沌同步化线谱控制技术研究

舰船辐射水声线谱是被动声纳进行目标参数估计和类型识别的主要依据,传统的隔振系统无法改变系统线谱特征,对舰船的隐身性能构成了严重危害。根据线谱混沌化原理和舰船隔振系统的特点,提出了参数扰动广义混沌同步化线谱控制方法,能够使系统在小能量条件下转变为混沌运动状态,达到削弱线谱强度和改变频谱结构的目的,数值仿真验证了该方法的有效性。     

基于反馈混沌化方法的多线谱控制技术研究

船舶辐射水声中的线谱成分是被动声纳在水声对抗中检测、跟踪和识别目标的主要特征信号,混沌线谱控制技术利用混沌系统响应功率谱为宽频谱的特殊性质,把集中于某一频率的能量分散到较宽的频带上来抑制线谱成分,提高船舶的声隐身性能。利用反馈混沌化理论,对多谐波激励条件下隔振系统的混沌化进行了研究,提出了多谐波激励多自由度隔振系统的反馈混沌化方法,掌握了隔振系统进入混沌的条件和途径,突破了激励频率增加引起隔振系统混沌运动难以保持的技术难题。根据反馈混沌化原理设计了双层隔振系统试验装置,开展了隔振系统多线谱控制试验研究,试验结果证明了该方法的有效性,可作为混沌隔振系统设计的理论和试验依据。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

Synchronization in a steer-by-wire vehicle dynamic system

This work verifies the chaotic motion of a steer-by-wire vehicle dynamic system, and then elucidates an application of the synchronization to a vehicle model to control the chaos. The largest Lyapunov exponent is estimated from the synchronization to identify periodic and chaotic motions. Then, a bifurcation diagram reveals complex nonlinear behaviors over a range of parameter values. Finally, a continuous feedback control method based on the synchronization characteristics is presented to control a chaotic vehicle handling and steering system. The designed controller is demonstrated to work quite well for nonlinear systems in achieving robust stability and protecting the vehicle from slip or spin. Some simulation results are presented to establish the feasibility of the proposed method.     

横纵激励下几何非线性复合材料层合梁的混沌同步

本文基于里兹-伽辽金法,将考虑几何非线性的一端固支一端夹支复合材料层合梁的控制方程简化为典型的Duffing方程;引入了Duffing-Van Der Pol系统,通过两种系统的分岔图说明了它们共同达到混沌时的参数值;通过广义投影同步法,实现了Duffing系统和Duffing-Van Der Pol系统的精确同步,得到了实现两种系统同步的控制器;分别将两种系统通过Matlab进行了数值仿真,得到了两种系统的同步误差曲线图、二维相图和三维相图,从而验证了混沌同步的准确性。     

基于时间加权反馈控制的永磁同步风力发电机混沌振荡研究

研究基于时间加权的反馈控制方法抑制永磁同步风力发电机(PMSG)的混沌行为。以两台PMSGs作为驱动和响应的发电系统,利用相同和不同状态变量间的反馈信息建立不同的动力学方程,分析相同状态变量反馈控制和不同状态变量反馈控制对PMSGs系统混沌振荡行为的影响。发现了相同状态变量反馈控制对PMSGs系统可实现混沌同步行为,而不同状态变量反馈控制对PMSGs系统具有抑制混沌振荡的作用。在周期时间内把这两种反馈控制结合在一起,分析不同时间加权下PMSGs系统的动力学行为,发现时间分数因子和耦合参数的不同取值可使PMSGs系统产生混沌、混沌同步和混沌抑制等动力学行为。数值仿真验证了基于时间加权的反馈控制器对抑制PMSGs系统混沌行为的有效性。研究结果对提高风能利用率,保证电力系统的安全稳定运行具有重要的参考价值。     

Chaos Synchronization in Josephson Junctions

In this paper, we have discussed the application of new nonlinear recursive controllers on Josephson junction (JJ) chaotic systems. Controlling bifurcation as well as chaos has been rapidly advancing in the last decade. Thus, emphasis has been placed on control design techniques which result in prescribed nonlinear performance dynamics for practical controlled processes. This study has shown that a nonlinear recursive controller is effective in controlling an undesirable JJ chaotic behavior. In addition to that, the synchronization of two JJ chaotic nonlinear dynamical systems can be used to advantage in communication systems. In fact, communication security is promising through chaos. Using nonlinear control method, we have demonstrated that it is possible to achieve synchronization in electronic circuits such as JJ. The study showed the effectiveness of the designed controller in communication signal synchronization. For the purpose of verification and comparison, we designed a control signal based on master and slave concept.     

电液四轴高频结构强度疲劳试验系统

电液激振器受传统的电液伺服阀频响特性的限制,其激振频率难以提高,采用2D阀替代传统伺服阀组成电液激振器的方案,该激振器通过增加阀芯的旋转速度来提高其激振频率,同时将该电液激振器应用于4轴高频结构试验系统。对试验系统的结构和工作原理进行了分析讨论,包括频率、幅值和相位的控制方法。基于系统的频响仿真分析,提出了4个作动器的同步控制策略,对理论分析进行实验验证。试验结果表明:该电液四轴强度疲劳试验系统能在40 Hz~200 Hz范围内对试验对象进行同步加载试验,其频率、幅值连续可控。