基于驱动谱修正迭代控制算法的三轴振动控制研究

对三轴振动试验系统进行分析,研究了多输入多输出功率谱复现控制算法。利用HV频响函数估计法对系统进行辨识。针对系统频响矩阵为长方阵并出现奇异点的情况,采用奇异值截断法保证算法的稳定性,并运用迭代控制算法修正驱动谱提高振动控制的精度。通过三轴向振动台与集成该算法的多输入多输出振动控制器进行三轴向振动试验。实验结果表明:基于HV频响函数估计法修正迭代控制算法进行振动试验对功率谱的复现具有较好的精度和工程实用性。     

双振动台随机振动H∞双自由度综合控制研究

摘要：在不考虑互谱的情况下,提出了一种双振动台随机振动控制试验的H∞双自由度控制新方法。研究了基于Η∞控制理论的双振动台解耦控制方法,应用Η∞双自由度控制方法进行双振动台随机振动控制。用一悬臂梁模型进行数值仿真验证,仿真结果表明在20~2000Hz频率范围内,利用Η∞双自由度控制方法设计的控制器,能使输出控制谱和参考谱的自谱密度误差控制在±1dB以内,完全符合双振动台设计的控制要求。同时试验结果表明该方法可实现综合控制的所有要求,各项控制精度均满足实际工程要求。     

多点激励功率谱再现振动试验控制研究

通过对多点激励功率谱再现振动试验控制算法研究.设计基于偏相干分析理论的振动试验系统频响矩阵辨识策略,针对系统频响矩阵存在奇异点及系统频响矩阵为长方矩阵情形,设计基于求解频响矩阵广义逆和矩阵最小范数最小二乘解的Moore-Penrose逆系统解耦算法。针对传统差分修正驱动谱控制算法中存在系统功率谱自谱为负数或零值问题,通过引进比例均方根反馈修正算法,设计改进的功率谱均衡控制策略,有效避免功率谱均衡过程中自谱产生负值或零值问题。多点激励功率谱再现振动试验表明,改进的功率谱均衡控制策略对多点激励系统具有可靠、高精度的控制效果。     

随机振动功率谱再现自适应控制算法研究

为提高电液随机振动实验的控制精度,提出了一种基于Kalman滤波器的随机振动功率谱再现实时自适应控制方法。基于参考谱的信息设计FIR滤波器,通过对白噪声信号的滤波生成时域驱动信号。采用Kalman自适应滤波器实时跟踪振动实验系统的阻抗特性,并基于自适应逆控制方法对系统的输入信号进行滤波修正,使得系统的响应信号能够高精度再现时域驱动信号,进而实现参考谱的高精度再现。功率谱再现实验验证了算法的有效性。     

《用无偏估计方法计算简支梁的频响函数》

利用不相关信号的互功率谱多次平均趋于零的性质，推导出多输入多输出频响函数无偏估计算法，用MATLAB语言编制了该无偏估计算法的程序。使用动态信号测试系统进行了简支梁的多点激励和多点响应的振动测试，并利用MATLAB程序对实测信号进行了计算，得到了测试对象的以频响函数。利用有限元方法计算了测试对象的频响函数，对多输入多输出频响函数无偏估计算法进行了验证。     

随机振动功率谱的H_∞双自由度跟踪控制研究

在不考虑互谱的情况下,提出了一种双振动台随机振动控制试验的H∞双自由度控制新方法,能够快速平稳地使控制谱得到收敛,并满足参考谱的要求。研究了基于Η∞控制理论的双振动台解耦控制方法,应用Η∞双自由度控制方法进行双振动台随机振动控制。首先,对于原高阶模型系统进行模型降阶处理,针对降阶系统进行回路整形设计。其次,根据截去振动系统高阶模态的降阶P系统设计Η∞控制器,引入了模型的不确定性扰动。最后,用一悬臂梁模型进行数值仿真验证,仿真结果表明在20~2 000 H z频率范围内,利用Η∞双自由度控制方法设计的控制器,能使输出控制谱与设定参考谱的自谱密度误差控制在±1 dB以内,完全符合双振动台设计的控制要求。     

基于泊松过程的超高斯随机振动试验控制技术研究

针对工程化的超高斯随机振动试验控制技术实现尚存在问题,在对其控制原理研究的基础上,提出基于泊松过程的超高斯随机振动控制策略。利用参考谱设计出符合控制要求的滤波器,通过泊松过程产生泊松点,使泊松点的信号取值服从正态分布,利用该信号与滤波器之间的卷积运算产生用于系统控制的驱动信号,从而实现对超高斯随机振动试验控制系统的功率谱和峭度同时控制,且二者相互独立。仿真与实验结果表明,基于泊松过程的超高斯随机振动试验控制算法,其控制输出响应谱与参考谱的误差满足振动试验工程上±3dB要求,控制峭度也达到很高的精度,完全满足工程要求。     

多输入多输出正弦扫频试验控制新方法

研究了多输入多输出正弦扫频试验控制中信号发生、频响函数估计和控制算法等关键问题。针对步进式正弦扫频信号发生中因信号不连续而导致振动台或激振器发生冲击或损坏的问题,提出了两个不同频率的正弦信号平滑过渡的窗函数叠加延拓法,在满足扫频时间条件的同时也提高了试验控制精度;以单位正弦扫频信号作为激励,改变不同激励点的相位以产生满秩激励矩阵,运用相关积分法识别响应稳态正弦时域信号的幅值与相位,根据线性振动理论求解结构的频响函数;以多个控制点的幅值为控制对象,推导出扫频控制基本理论公式,通过参考值与反馈信号的比较来修正激励信号以满足试验条件。文末以一悬臂梁为研究对象,建立了两输入两输出正弦试验控制系统,结果表明本文提出的方法在扫频控制中取得良好的效果。     

基于LMI的结构主动控制系统故障诊断与隔离设计

基于H∞鲁棒控制原理,提出了结构主动控制系统故障检测器的设计方法,形成了结构主动控制系统的故障诊断与隔离技术(fault detection and isolation,FDI)。首先根据H∞控制目标提出了FDI系统的模型,将故障信号的检测问题转化为一个鲁棒控制问题,应用线性矩阵不等式(linear matrix inequality,LMI)算法解出H∞最优控制器,即故障检测器。通过一个三层框架结构的数值算例验证了设计的有效性。该研究工作为结构主动控制系统的健康检测提供了参考,为进一步进行容错控制的研究奠定了基础。     

多点激励振动试验控制技术进展

多点激励振动试验由于能更加真实地模拟实际振动环境而被越来越多的人所重视,成为振动环境试验发展的趋势.阐述了多点激励振动试验系统基本控制原理,并对时域波形复现的关键技术迭代算法和驱动信号重叠连接,以及频谱再现的关键技术反馈修止算法和时域随机化技术进行了介绍.最后对多点激励振动试验控制技术进行总结与展望.     

基于混合灵敏度方法的EPAS系统控制研究

建立汽车模型和EPAS系统动力学模型,针对EPAS系统中存在的传感器噪声和路面干扰等难题,将基于混合灵敏度设计方法的H∞鲁棒控制理论应用于汽车EPAS系统的控制研究,设计混合灵敏度H∞鲁棒控制器,并与PID控制器进行仿真比较。仿真结果表明,采用H∞控制器能有效地抑制传感器噪声和路面干扰,提高了系统的抗干扰性能,增强了系统的鲁棒性。     

控制点选择对试件振动试验响应结果的影响

以某仪表板模拟件为例,通过选取不同控制点对其进行随机振动试验,研究了控制点对该模拟件试验结果的影响。结果表明,对于仪表板等薄板状螺栓连接结构,由于自身弯曲刚度较低,在工作频率范围内极易发生共振,同时受到螺栓连接刚度的影响,使得不同控制点作用下结构的识别共振频率、响应峰值以及加速度均方根值等响应特性存在较大差异,而且个别控制点会出现控制超差现象,结合有限元计算可知,超差出现的主要原因是由于模拟件在超差频段存在较强的共振模态以及本身结构品质因子太大所致。合理选择控制点对于正确认识结构动态特性具有重要意义。     

一种多点随机振动试验控制的新方法研究

为适应多振动台试验控制的需求，提出了一种新的多点随机振动实验控制方法。该方法通过构造一组有限冲击响应(FIR)滤波器对独立的白噪声序列进行线性滤波耦合而直接生成驱动信号，在闭环控制中实时修正驱动信号，使得最终响应谱满足参考谱要求。由于抛弃了传统的驱动信号时域随机化过程，这使得该方法具有较强的稳定性和适应性，而且控制回路时间缩短，提高了控制系统的实时性。文中提供了一模拟算例，显示了该方法的有效性。     

轴向推力滚子激振式振动台设计研究及仿真分析

提出一种新型机械振动台,分析其机构组成及工作原理,建立激振元件曲面数学方程。通过所建机构动力学方程,导出弹簧预紧量与临界频率间函数关系;进行振动台三维模型运动仿真试验,分析输出波形的频谱及功率谱,计算其加速度波形失真度;验证弹簧预紧量与临界频率间关系。试验结果表明该振动台的输出波形精度及上限频率高于传统机械振动台,且该激振方法可行、有效。     

跨声速风洞测力模型的降阶及[H∞]减振控制

在风洞测力试验中,尾部支撑是一种广泛采用的模型安装方式。以该方式安装的风洞测力模型中,总体呈现低刚度特性。在试验进入大攻角状态时,低频气流脉动压力极易引起模型低频大幅俯仰振动,导致测试精度降低,甚至以疲劳方式破坏试验设备。针对一种采用尾部支撑方式的跨声速风洞测力模型,建立其有限元模型,结合模态截断及平衡降阶两种方法,对高维有限元模型进行降阶;基于低维的降阶模型及柔性结构的特点,采用简化的混合灵敏度优化方法,实现对测试中模型低频俯仰振动的主动抑制。仿真分析表明该主动减振方案有效且易于实现,对于大型复杂结构具有重要的实用价值。     

An improved series expansion method of frequency response function under medium and high frequency excitations

In view of the computational divergence in the series expansion method of frequency response function under medium and high frequency excitations, a new improved algorithm for dynamics system response is proposed. Structural modes are divided into available low order modes and truncated high order modes. The frequency response function of truncated high order modes is expanded by the application of Taylor series on the basis of power series expansion and modal superposition method. According to the coupling characteristics between low order and high order modes to mass and stiffness matrices, the contribution of truncated high order modes to the frequency response function is expressed as the low order mode matrix and system matrix. The present method considers the relation between structure frequency and excitation frequency. The results show that the improved algorithm expands the series expansion method to the range of medium and high frequency excitations, and the calculation accuracy of the frequency response function is improved under the incomplete modal conditions. Numerical results validate that this method is feasible and has good convergence.     

主动式自调谐吸振器在浮筏隔振系统中的应用

以带有主动式自调谐吸振器的浮筏隔振系统为研究对象,运用子结构导纳矩阵法建立混合激励下有、无吸振器的系统动力学模型,并给出系统的功率流表达式。以传递到基础的功率流为代价函数,对比研究单频激励作用下不同主动控制策略的控制效果。仿真结果表明,总功率流最小化控制策略的控制效果最为理想,可以实现较宽频带下振动控制。轴向力最小化控制策略在低频段具有良好的控制效果,而轴向速度最小化控制策略在中频段的控制效果较佳。最后,采用总功率流最小化控制策略,验证多频激励作用下主动式自调谐吸振器的减振效果。     

基于实测频响函数列的地铁环境振动响应预测方法

针对地铁环境振动预测评价体系的施工设计阶段的预测,提出了一种通过隧道内脉冲激励实测地表系列频响函数的预测方法。将地铁环境振动预测问题转化为两部分:构建高精度车轨耦合解析模型求解作用于基底的频率力;隧道内进行脉冲激励实测隧道-土层系统的地表频响函数列。将两部分在频域内进行叠加运算求得地铁列车引起的环境振动响应,并形成科学的预测流程通过MATLAB程序实现。在18m埋深的隧道内部进行锤击实测地表频响函数带入预测流程进行地表振动响应预测,选取15号线类似条件地点的地表加速度实测数据进行对比验证,结果表明:预测结果和现场实测时域峰值均为0.02m/s2,振动主频均为30Hz~80Hz,1/3倍频程及Z振级也非常相近,预测精度及频谱特性良好。     

逆虚拟激励法随机载荷识别试验研究

采用逆虚拟激励法进行载荷识别,分别在阻尼比不同的钢和有机玻璃悬臂梁上进行了多次随机激励下的载荷识别试验。此方法通过采用逆虚拟激励法和奇异值分解法的结合在一定程度上克服了频响函数在近固有频率附近的病态,并减少了计算工作量,同时以相干函数和频响函数为依据来调整试验中激振杆等的安装状态,经验证取得了较好的识别结果。研究表明,逆虚拟激励法在工程实践中有广阔的应用前景。     

某水电站地面明钢管自振特性与减振研究

结合某水电站地面明钢管实际工程,采用有限单元法研究了管内脉动压力作用下明钢管斜直段后段采用垫层管形式对钢管振动的影响。结果表明:采用垫层管形式可分散明钢管低频段的各阶自振频率,并使铅直向与上下游方向上具有较高有效模态质量的自振频率得到提高。垫层管形式对低频脉动下明钢管斜直段具有明显的减振效果,但不利于高频脉动下的钢管抗振;在低频脉动压力作用下通过减小垫层管垫层包角到一定值可以进一步提高减振效果。