基于ARID控制系统的固定式海洋风机纵摇控制

针对固定式海洋风机在随机风浪载荷及其联合作用下产生的具有倒立摆运动特征的纵摇,研究采用主动转动惯量驱动系统(Active Rotary Inertia Driver, ARID)对海洋风机纵摇进行控制的问题。ARID控制系统通过伺服电机驱动转动惯性质量产生控制结构摆动的最优力矩,从而减小海洋风机的纵摇运动。基于拉格朗日原理建立海洋风机-ARID控制系统的理论分析模型;采用Simulink对海洋风机-ARID控制系统的有效性进行验证,并分析系统参数(控制算法参数、转动惯量比等)对控制效果的影响规律;设计海洋风机-ARID控制系统的振动台试验,设置多种载荷激励形式,验证控制系统的稳定性与广谱有效性。数值模拟和试验结果均验证了所建立的分析模型的正确性,表明ARID控制系统对风机的纵摇运动具有显著的控制作用,为ARID控制系统在具有倒立摆运动规律的工程结构中的应用奠定理论基础。     

电磁式惯性型作动器与结构耦合系统建模与试验研究

针对结构振动与电磁驱动AMD控制系统（以下简称EMD系统）的相互作用问题,提出了是否考虑、以及考虑何种程度相互作用的三种理论计算模型并进行了试验研究.首先试验比较了EMD系统在正弦扫频控制电压输入下各阶理论模型预测结果与试验结果的差异,验证了各模型对系统的描述精度;其次以El Centro地震波输入为例,试验比较了3种计算模型在3种控制算法共9种试验工况下,EMD控制系统对结构地震响应控制效果的影响.本文所有试验结果均表明只有考虑相互作用、并且充分考虑高阶相互作用才能最佳地描述EMD控制系统在结构中真实的工作状态,才能充分发挥EMD系统对结构振动的控制作用,从而为实现高性能的结构振动主动控制试验与应用奠定基础.     

主动转动惯量驱动系统用于悬吊结构摆振控制的方法研究（Ⅰ）：理论建模和试验验证

提出了主动转动惯量驱动控制系统(Active Rotary Inertia Driver,ARID),该系统通过伺服电机驱动转动惯性质量的回转运动,从而产生抑制结构摆振的力矩。首先针对ARID控制系统,基于拉格朗日原理建立了平面内悬吊结构在吊点激励下运动控制的分析模型,基于分析模型进行主动控制LQR算法系统匹配推导,然后利用Simulink对ARID系统控制效果进行了数值模拟计算,并通过与TRID装置对比,对ARID系统的有效性进行了分析。最后设计了ARID振动台试验系统,对结构的控制效果进行了试验验证。试验结果验证了理论建模和主动控制LQR算法与系统匹配的合理性,表明ARID系统对悬吊结构摆振控制具有很好的控制作用,理论建模和试验验证为ARID系统的深入研究和应用奠定了理论基础。     

多阶梯被动变阻尼装置设计、试验及结构风振控制分析

针对粘滞阻尼器出力范围窄，磁流变等变阻尼装置需能量输入和反馈控制的局限性，在前期单阶梯被动变阻尼装置研制基础上，设计制作了一种多阶梯被动变阻尼耗能装置（Multi-stage Passive Variable Damping Device，MPVDD），该装置采用被动控制方式，在不同速度区间拥有不同的阻尼系数变化规律。对其进行了相关性能验证试验和基于该装置结构风振控制效果的数值计算，试验和分析表明:装置可根据外部激励速度变化，实时机械式改变阻尼系数，实现宽域值变阻尼力的输出，且不需外部能源供给和状态反馈；安装耗能装置高层结构风振下的加速度和位移响应均得到有效控制，保证了风载下结构的舒适性和安全性要求。所做研究为该装置的应用打下了良好的试验和理论基础。     

基于均匀设计试验的框架结构正分析分步式损伤识别方法

为对框架结构柱损伤位置和程度进行识别,应用均匀设计方法构建可用于结构损伤正分析档案库的试验表,按此试验表对抽样出的损伤位置和程度进行BP神经网络训练.训练后的神经网络根据分步式识别方法,以固有频率对结构出现的损伤进行层定位,再以位移变化率对损伤进行构件定位,同时反馈获得构件的损伤程度.通过2个模型结构损伤识别的算例,分别验证了所构建神经网络和识别参数的正确性,以及基于均匀设计试验分步式损伤识别方法的有效性.计算结果表明均匀设计试验可在保证识别效果的同时,大幅减少神经网络的训练次数;分步识别方法可对框架结构损伤位置进行精确判定,克服了一步识别框架损伤或单独使用某种参数进行损伤识别的缺陷.     

新型电磁驱动AMD控制系统的建模与性能试验

提出了一种新型的结构振动控制系统--电磁驱动AMD控制系统的概念,试制开发了小型电磁驱动AMD控制系统,研究了系统的理论建模并进行了性能试验.从经典物理学电磁场理论、电路克希霍夫定律和量纲对比分析三个角度出发,建立了电磁驱动AMD控制系统的力-电关系模型,给出了以系统相对速度和控制电压为输入量、系统主动控制力为输出量的系统力-电关系模型.对系统进行了大量开环控制模式下的性能试验,试验结果表明,电磁驱动AMD控制系统在结构振动控制所关心的频率范围内,力-电关系是近似线性的.通过试验结果与理论模型预测结果的比较,验证了系统的力-电关系模型的准确性.     

基于调谐转动惯量阻尼器的结构摆振控制方法(I):参数影响分析与小型比例模型试验

由于常用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)对悬吊结构转动和摆振运动控制无效,本文结合数值模拟和模型试验对前期研究提出的新型调谐转动惯量阻尼器(tuned rotary inertia damper,TRID)控制系统应用的可行性进行深入研究.在建立了TRID系统与悬吊结构相互作用力学分析模型以后,通过数值模拟分析比较了控制系统参数对控制效果的影响;基于Simulink系统进行非线性运动微分方程数值求解和ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)机构动力学运动仿真分析,研究了TRID系统控制结构摆振运动的最优参数,如转动惯量比、调频比、阻尼比等;通过小型比例模型系统试验验证了TRID系统控制结构摆振的可行性和有效性.     

剪力墙竖向连接软钢阻尼器滞回性能试验研究

提出应用于剪力墙竖向韧性连接体的易拆装的拉压耗能软钢阻尼器.为了研究拉压荷载作用下该阻尼器的滞回性能,基于杠杆原理,设计制作能放大加载位移的高承载销轴-钢梁加载装置和3对不同耗能肢形状的试件,模拟阻尼器的螺栓连接边界和拉压往复受力过程.将阻尼器试件同条件依次安装并开展拟静力循环往复加载试验,研究试件的破坏模式、强度及变形能力、耗能特性及螺栓连接的可靠性,获得试件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线、承载力及延性系数等.对阻尼器的耗能承载能力进行评价分析,研究耗能肢型体参数对力学性能的影响.建立有限元模型,模拟阻尼器的失效行为.结果表明,阻尼器以耗能肢屈曲为典型破坏模式,Z型耗能肢阻尼器与其他2种耗能肢形状的阻尼器相比,具备更好的防屈曲性能和耗能能力,能够发挥低屈服点钢材的力学性能,震损后可以快速更换.     

悬吊结构体系摆振响应测试及非线性误差修正

为解决悬吊结构多种模式摆振运动状态的量测问题,采用基于加速度测量原理的倾角传感器,通过理论分析建立了由传感器加速度信号提取平动运动模式下结构摆角增益系数的计算公式,解决了结构平动运动模式的量测问题,并且经过非线性误差修正后可以提高测量精度。对于结构转动(或回转)运动模式,类似于平动摆振运动控制系统在转动中由于质量振子的线性位移与结构摆角速度耦合影响而导致控制失效的问题,此时基于加速度原理的倾角传感器也将失效,而需要采用陀螺仪测量回转运动摆振角速度,再通过积分计算结构摆角。最后,对悬吊结构体系在两种运动模式下的摆振运动状态测量进行了试验验证,结果充分证明了本文所提方法的有效性和可行性。此外,针对悬吊结构复杂的多模式平转耦联摆振状态测量,提出需要将倾角传感器与陀螺仪相结合的监测策略。     

一种基于WinCon软件的伺服控制系统设计方案

伺服控制系统广泛应用于各个工业领域,其控制器解决方案主要有嵌入式系统和伺服控制卡两种.文中在分析当前各解决方案利弊的基础上,提出了基于WinCon实时控制软件和MultiQ伺服控制卡构建伺服系统的解决方案,该方案具有结构简单、程序设计简便、利于实现先进控制算法等优势,经过设计与试验,其实时性可满足多种伺服控制领域的要求.