频率可调惯性作动器的设计与试验研究

提出用电感-负电阻分流电路来调节惯性作动器的固有频率,使惯性作动器可作为频率可调动力吸振器使用。分析了电感-负电阻电磁分流阻尼的理论模型,随后通过理论和试验分析了惯性作动器固有频率与分流电路参数的关系。以悬臂梁为控制对象,对所设计的可调惯性作动器控制效果进行试验研究。试验结果表明：在保证分流电路系统稳定的前提下,惯性作动器的固有频率随着电感值的降低而增加,惯性作动器的固有频率可以从原来的46.25 Hz调节至111.3 Hz。当惯性作动器固有频率与悬臂梁的固有频率相吻合时,在该固有频率附近悬臂梁的振动幅值降低90%。由此验证了所提出的通过电磁分流电路可以调节惯性作动器固有频率,在不改变惯性作动器物理结构的基础上,使其固有频率能跟踪受控结构的外干扰力频率,就可以充分发挥惯性作动器的吸振能力,最大限度地抑制结构振动。     

主被动电磁式动力吸振器及其在桁架振动控制中的应用

航天器中使用的轻质柔性桁架结构受到外扰时会产生振动,使安装其上的有效载荷不能正常工作。为此,提出了一种基于主被动电磁式动力吸振器的柔性结构振动控制方法。首先设计了动铁式结构的主被动电磁式吸振器,并对吸振器的磁场分布和膜片弹簧进行了有限元分析,其次研制了吸振器的原理样机,通过性能测试验证了设计的合理性。最后利用所研制的动力吸振器对三棱柱桁架结构进行了振动控制实验,实验中主动控制算法采用ADC控制。实验结果显示：吸振器对桁架一阶共振模态的被动抑振效果达50.83%,采用主动控制后,吸振器对共振和非共振模态的振动控制效果分别达到96.30%和81.40%。     

直升机结构响应主动控制作动器优化设计研究

采用子结构综合法建立考虑作动器动特性与其相互影响的直升机机身／多作动器耦合系统频域数学模型，研究了直升机结构响应主动控制中采用作动器位置序号进行编码的遗传算法对多作动器位置进行优选，以及与电磁式惯性型作动器参数优化的综合优化问题，进行了结构响应主动控制试验研究，验证了多作动器减振的有效性和所提出的作动器位置优选方法的正确性。     

基于磁流变阻尼器的车辆悬架半主动控制研究--间接自适应控制与实验

在分析磁流变阻尼器车辆悬架非线性特性的基础上，设计了一类神经网络间接自适应控制器，并根据系统的低频特性和作动器的快响应，实现了悬架振动的神经网络实时控制。计算机仿真和悬架实验的结果均表明，神经模拟器能够逼近非线性系统，神经控制器能在时域和频哉内以较高的精度控制悬架系统的振动。     

柔性冗余度机器人残余振动主动控制

研究柔性冗余度机器人的残余振动主动控制问题，设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏杆件，建立了受控系统的状态空间表达式，采用独立模态空间控制理论设计LQR状态反馈控制器，并基于对偶原理设计了具有指定收敛特性的Luenberger全维状态观测器，最后，以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，结果表明，采用这种主动控制方法可以显著改善柔性冗余度机器人的动力学品质。     

柔性结构的模糊主动振动控制研究

针对柔性结构在不同激振信号下的振动抑制问题，研究了如何应用模糊控制理论实现柔性结构的主动控制，提出了一种基于连续模糊判决函数的模糊ＰＤ主动振动控制方法，对悬臂梁分别在瞬态、正弦及随机激振下的模糊ＰＤ主动振动控制进行了仿真研究。结果表明：模糊ＰＤ控制对上述三种激振信号的振动均有明显的抑制作用。由于模糊ＰＤ主动振动控制对结构的不依赖性，该方法对难以建模的大型柔性结构的主动振动控制具有实际意义。     

高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法

在建立了设置被动减振装置的高层建筑风振控制效果结构等效阻尼比计算公式的基础上,依据《建筑结构荷载规范》和高层建筑结构设计规程提出了设置被动减振装置高层建筑风振控制基于规范的实用设计方法。应用本文方法对设置矩形ＴＬＤ的上海中环广场超高层建筑的计算结果表明：本文方法具有简单、直观,且可与常规的结构抗风设计结果进行直接比较的特点,是风振控制规范化的一种设计方法,完全可为广大结构工程师所接受。     

磁致伸缩材料作动器在振动主动控制中的应用研究

磁致伸缩材料作动器是一种具有特色的机敏材料作动器。本文在自行研制Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ作动器及其特性试验的基础上，研究该类作动器在主动隔振与主动吸振中的应用。文中提出并导出了多通道前馈控制的时延滤波—ｘＬＭＳ法，并就这种算法的收敛性进行进一步的讨论。     

自适应天线结构位移最优控制

为保证大型天线结构的形状精度,传统的方法是使结构具有足够的刚度。当采用自适应结构控制天线形变规律的时候,可以大大降低结构的重量并使结构具有更高的形状精度。针对嵌入压电作动器的自适应抛物面天线结构,建立了以天线反射面最佳吻合抛物面的精度和作动器能耗为综合目标的多目标优化控制模型,模型以结构强度和作动器性态作为约束条件,并用线性加权和法转化为单目标二次规划问题。算例表明,可以用较少的作动器,实现大型天线结构的高精度控制。     

直升机结构响应主动控制试验研究

直升机飞机中机体的振动水平是所有飞行器中最为严重的，必须采取振动控制措施，而结构应主动控制是目前被公认为能大幅度降低机体振动水平的，具有实用价值的减振新技术，本文综述在直升机结构响应主动控制实验室内试验研究中的几项主工工作，包括作动器形式的选取与伺服液压式惯性型作动器的研制，多通道控制中收敛因子的确定，以及多通道控制的试验研究，研究结果证实作者研制的作动器与测控系统能实现有效的减振。     

基于地面共振试验的操纵面间隙非线性颤振分析方法

以某型民机带中心对称间隙的方向舵为研究对象。按动力相似准则设计了尾翼颤振风洞模型,通过地面共振试验获得不同操纵刚度和自由间隙组合情况下方向舵旋转模态的力频曲线,根据收敛的频率值获得有限元模型作动器单元的等效刚度,经动力学特性修正后的有限元模型进行了颤振分析。风洞试验后通过比较表明,计算结果与试验结果吻合:①颤振速度一致;②颤振频率的偏差不大于6.5%;③颤振型一致。由此可见,根据试验频率得到的等效操纵刚度是准确的,用来预测弹性操纵面的极限环振荡临界速度是可行的,可以作为民机适航符合性验证的一种手段。     

新建隧道上跨既有隧道爆破振动响应研究

以福平铁路新鼓山隧道开挖工程为例,采用FLAC3D软件对其下部既有隧道的振动响应进行了模拟。将MATLAB与FLAC3D软件联合应用,以爆破作用下岩石模拟振动信号与实际监测信号的误差作为适应度函数,采用PSO算法优化反演出无规律爆破参数和岩石振动阻尼参数,实现模拟参数的自适应选取,解决实际模拟中参数难确定的问题。实际结果表明,上述MATLAB-FLAC3D结合的方法是可行的,不仅可以研究既有隧道对上跨隧道爆破的振动响应,还可以显著提高岩体爆炸效应数值模拟结果的精度,实现隧道振动响应的预测。     

新建隧道上跨既有隧道爆破振动响应研究

以福平铁路新鼓山隧道开挖工程为例,采用FLAC3D软件对其下部既有隧道的振动响应进行了模拟。将MATLAB与FLAC3D软件联合应用,以爆破作用下岩石模拟振动信号与实际监测信号的误差作为适应度函数,采用PSO算法优化反演出无规律爆破参数和岩石振动阻尼参数,实现模拟参数的自适应选取,解决实际模拟中参数难确定的问题。实际结果表明,上述MATLAB-FLAC3D结合的方法是可行的,不仅可以研究既有隧道对上跨隧道爆破的振动响应,还可以显著提高岩体爆炸效应数值模拟结果的精度,实现隧道振动响应的预测。     

基于经验线性涡激力的桥梁涡激振动TMD控制

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明:质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。     

自适应控制算法在振动主动控制中的应用

通过试验研究主动控制振动传递的效果。采用频率在线估计和跟踪滤波的自适应控制方法,将以分量型式抑制谐波干扰引起的振动。在控制过程中,通过递推计算进行频率估计,用中心频率随动的带通滤波器进行信号跟踪,并在基本LMS方法的基础上形成自适应控制器。建立了多点控制试验台,实施跟踪滤波的自适应对消。结果表明：自适应方法能够很好地抑制谐波干扰的影响;对于多点隔振,控制通道之间存在强烈耦合作用,整体隔振效果与被控结构的振动模态相关。     

三维覆冰斜拉索风致振动驰振分析

斜拉索偏心覆冰后,气动外形不再稳定,在风的作用下,可能诱发驰振。大幅的驰振将威胁到拉索结构的安全,因此,有必要对覆冰拉索的驰振稳定性进行深入的研究。应用FLUENT中的SST k-ω模型对三维覆冰斜拉索的绕流场进行数值模拟,得到全攻角下的阻力系数、升力系数及驰振力系数,依此判定覆冰斜拉索是否发生驰振,并得到某大跨斜拉桥部分斜拉索的驰振临界风速。结果表明：经过三维模拟计算的覆冰拉索的部分驰振力系数小于零,并且驰振临界风速较小,斜拉索易发生覆冰驰振;与风洞试验和二维模拟数据比较,三维覆冰斜拉索模拟获得的气动力系数比二维更接近试验值。     

潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统

为了克服潜艇动力设备被动隔振系统的不足,提出基于混合隔振系统的模型参考自适应控制方法,设计潜艇动力设备混合隔振自适应控制系统,并给出设计实例和仿真计算。仿真计算结果表明：采用模型参考自适应控制算法的混合隔振系统,能够有效的弥补潜艇动力机械设备被动隔振系统的不足。     

基于小波包和LMS自适应降噪的柴油机振动诊断

由于柴油机振动信号的特征频带和噪声频带存在重叠现象,利用小波阈值消噪时难以选取合适的小波阈值,针对该问题提出一种基于小波包的LMS自适应滤波降噪方法。该方法将小波包与LMS自适应滤波相结合,首先利用小波包变换对信号进行多层分解,然后以噪声干扰对应尺度上的第一层“细节”分量及最大分解尺度上的逼近分量重构信号,将重构后的信号作为LMS自适应滤波器原始输入信号,再以小波包最大分解尺度上的高频细节信号作为自适应抵消器的参考输入信号,进行LMS自适应滤波降噪处理。仿真计算和工程应用表明,该方法参数设置较少,易于控制,不涉及小波阈值降噪中阈值的选取问题,对比试验信号的分析验证了方法的有效性,将该法应用在柴油机振动诊断中提高了故障识别率。     

混合隔振系统自适应模糊滑模控制

针对机械设备被动隔振在低频段隔振效果较差的问题,建立磁致伸缩作动器的电-磁-机转化数学模型,提出一种基于自适应模糊滑模控制算法,并用李雅普诺夫方法证明控制器的稳定性,将该控制策略与磁致伸缩作动器应用于混合隔振系统中。仿真结果表明：在单频、多频及随即激励条件下,自适应模糊滑模控制器具有良好的动态特性和鲁棒性,能够提高系统隔振效率并拓宽隔振频段,有效减小传至基础的力。     

一种改进的基于自适应控制的地震模拟试验方法

针对地震模拟试验常采用的开环迭代控制存在控制精度差的缺点，提出一种用于地震模拟的自适应控制方法。该方法不断识别系统的传递函数，来克服液压系统的时变性，获得较高的地震模拟波形复现精度。在此基础上，通过分析控制方法中预试验步骤存在的不足，实现试验方法改进，使得无需预试验步骤能直接进行正式试验，且首帧试验中的参考时域信号和控制时域信号相关系数较高。在浙江大学构建的振动台上进行若干典型地震波试验表明：改进后的试验方法在不进行预试验的情况下，首帧地震模拟试验获得75%以上的输入输出信号时域相关系数，同时能缩短试验时间；多帧地震模拟试验后，通过更新系统传递函数，地震模拟输入输出信号时域相关系数能稳定在95%以上。