有限元实时耦联动力试验的时滞稳定性研究

该文针对数值子结构使用有限元模型的实时耦联动力试验(FE-RTDHT)系统,建立了考虑加载体系时滞及其补偿的动力分析模型。采用根轨迹方法,进行了FE-RTDHT算例的时滞稳定特性分析,并对稳定性分析结果进行了数值仿真验证。研究结果表明:时滞明显改变了FE-RTDHT系统固有模态的动力特性,使得试验子结构质量必须小于某一临界值才能保证试验系统的稳定;三阶多项式预测补偿可以明显改善系统固有模态的动力特性,但是对系统稳定性的影响与系统失稳机理相关。     

考虑补偿的多自由度实时耦联动力试验时滞稳定性分析

该文首先建立考虑振动台响应时滞和时滞补偿策略的多自由度实时耦联动力试验的数学模型.然后以二层和三层框架结构为例,采用基于Padé展开逼近时滞项的根轨迹方法研究其稳定性.最后利用试验验证了理论分析得出的稳定条件.结果表明:时滞要求物理子结构和数值子结构的质量比小于一定的临界值才能保证试验的稳定;该临界值随时滞和结构自振频...     

实时耦联动力试验的时滞稳定性分析

介绍了实时耦联动力试验的基本原理和研究进展。基于传递体系的纯时滞假定建立单自由度实时耦联动力试验的数学模型。利用基于Padé逼近时滞项的根轨迹分析方法求取单自由度实时耦联试验的时滞稳定条件。结果表明:质量、阻尼和刚度的单个稳定上限都随结构自振频率和时滞的增大而呈现拟周期性的变化趋势;在低频部分,稳定上限随结构自振频率和时滞的增大而减小;对于物理子结构中同时包含质量、阻尼和刚度的复合稳定条件,质量上限和下限可能同时存在。最后利用数值模拟验证理论分析得出的稳定条件。     

时滞动力吸振器及其对主系统振动的影响

采用直接法研究了含有时滞动力吸振器的两自由度结构的动力学行为，重点分析了该结构主振动系统的振动及其稳定性。对时滞动力吸振器和系统进行了稳定性分析，分别得到了时滞动力吸振器和系统在某一特定反馈增益系数下的时滞的稳定与不稳定区域。结果表明，直接法计算简单，得到的结果与稳定性切换方法得到的结果相一致。通过对时滞动力吸振器及其主系统振动的稳定性分析，发现在某些时滞区域范围内，在保证系统稳定的前提下，时滞动力吸振器可以部分消除主系统的振动，数值模拟也证实了解析结果的正确性。     

动力总成异常振动的固有特性识别研究

针对某SUV车柴油机动力总成在常用工作转速条件下产生异常振动的实际问题,给出改进脉冲激振法与有限元计算模态分析法相结合的方法进行不同条件下柴油机动力总成的固有特性识别研究。通过整车道路试验,发现柴油机工作转速的二阶激励激起动力总成系统共振,采用基于变时基技术的改进脉冲激振法进行整车和台架条件下动力总成的振动模态试验,结合有限元模型仿真计算,识别动力总成的固有频率和振型参数,发现飞轮壳结构是导致动力总成弯曲固有频率偏低引起系统共振的薄弱环节。根据识别结果,进行改进设计飞轮壳薄弱结构,提高动力总成系统的固有频率,消除异振。     

新型双足模型下结构动力响应分析

基于考虑人体动力特性的新型双足模型,采用Lagrange方程建立了步行过程中人与结构相互作用系统运动方程。研究了人与结构各自的动力响应及其之间相互作用,并通过对比说明了新型双足模型反映的人体动力特性对结构振动的影响。结果表明：人与结构相互作用增大结构动力响应;行人经过结构各阶模态振型波峰时,结构各阶模态频率和阻尼比分别达到最小值和最大值。     

神经网络在振动台子结构试验中的应用

振动台子结构试验的一个重要研究内容是试验系统的时滞与补偿。时滞会影响试验的精度、系统的稳定,甚至造成计算结果的发散。在现代控制理论中,神经网络是解决时滞问题的一个有效工具。在振动台子结构试验中,可以利用神经网络对作动器的信号进行预测。通过仿真分析发现,神经网络的时滞补偿效果显著。     

开放系统悬臂类结构的动力特性计算方法

结构总是修建在一定的场地而形成土-结构相互作用的开放系统。为解决开放体系下悬臂类结构的自振频率、振型和考虑辐射阻尼下模态阻尼比的计算问题,提出了脉冲荷载响应模态分析法。该方法采用直接有限元法建立土-结构相互作用有限元模型,对结构施加脉冲荷载得到结构动力反应后,由模态识别方法计算结构的动力特性。随后,以一个悬臂类五层框架结构为例研究了计算动力特性随土体计算范围变化的规律和脉冲荷载激励点位置对计算结果的影响。在此基础上,讨论了土体材料阻尼对模态阻尼比的影响,并与集总参数模型和直接模态分析法进行对比,说明不同方法的计算精度。计算结果表明,随着土域计算范围的增加,脉冲荷载响应模态分析法所得的动力特性将逐渐收敛到精确解;当土体计算范围大于结构基频所对应的波长的2倍时,结构自振频率的误差小于1%,模态阻尼比的误差小于5%;以非模态节点作为激励点都可以得到比较精确的结果;三参数集总参数模型所得模态阻尼比存在显著误差,直接模态分析法所得模型的基频随土域范围增大而趋向于零;相比于辐射阻尼,土体材料阻尼对结构的各阶模态阻尼比的影响较小。     

多自由度实时子结构试验系统稳定性分析方法

实时子结构试验将数值模拟和物理试验相结合,充分发挥各自优点,为工程结构研究提供了一种新的试验手段。系统稳定性是保证实时子结构试验成功实现的前提,但现有研究成果主要针对单自由度结构,多自由度系统稳定性评价方法所需参数相对复杂、稳定性指标物理意义不够明确。该文结合振型叠加法和增益裕度概念发展了多自由度稳定性分析方法,通过试验验证了该方法的有效性。同时运用该方法就时滞补偿下实时子结构试验系统稳定性进行了评估,并阐述了时滞补偿对实时子结构试验系统稳定性的影响机理。研究结果表明该方法能准确评价多自由度子结构试验系统稳定性,时滞补偿对子结构稳定性可能产生有利也可能产生不利影响。     

子结构法在结构拟动力试验中的应用

本文从子结构的原理出发，推导了子结构法法用于动力分析的基本公式，对在地震作用过程中，已知结构的线性反应部分和非线性反应部分的情况，采用线性子结构与非线性子结构耦合的分析方法，这样不仅节省费用，并且概念明确，有助于将结构分析的重点放在非线性反应部分，在此基础上，借助于结构振动的主模态，提出了采用耦合法进行拟动力试验的方法，并通过一模型的拟动力试验就计算方法和模型结构的若干反应性能进行了探讨和研究。     

实时混合试验的自适应线性二次高斯时滞补偿方法研究

时滞补偿是实时混合试验(RTHS)成功非常关键的环节,传统时滞补偿方法主要针对建筑结构实时混合试验设计,主要关注低频的时滞补偿能力,但航空、交通等领域的结构频率较高,甚至超过10 Hz,高频信号对结构响应的影响不可忽略,较高的结构频率要求更小的时滞保证稳定性,对其进行实时混合试验需要在较宽频带上实现时滞补偿。该文提出了自适应线性二次高斯算法(ALQG)提高对高频信号的时滞补偿能力和稳定性。采用不同轨道梁截面刚度参数的桥梁作为数值子结构进行实时混合试验,检验ALQG算法在车桥耦合系统RTHS中时滞补偿的有效性和稳定性,并与采用ATS的结果进行比较。试验结果表明:ALQG算法能够较好补偿RTHS中的高频信号,补偿效果优于ATS算法。     

基于近完全时滞补偿方法的隐式实时混合试验方法

实时混合试验是一种新型结构抗震混合试验方法。隐式逐步积分算法虽然具有稳定性好的特点,但在实时混合试验中实施困难。文章在分析两种多自由度隐式实时混合试验方法的基础上,结合近完全时滞补偿方法,提出了一种新型隐式实时混合试验方法,并分析了该方法的性能。数值模拟表明,该方法具有较高的收敛速度和计算精度,能够同时考虑时滞补偿,能满足自由度数目较多的多自由度结构实时混合试验的要求。     

基于时滞追踪的实时混合试验自适应补偿方法

实时子结构试验方法因其高效、适用面广,近20年来受到结构试验领域的重视。虽然近年来硬件技术有所提升,但仍受到一些限制,例如,作动器加载时运动机构和控制回路存在时滞,导致无法准确地施加位移。故实时子结构试验中,如何消除时滞影响成为试验成功与否的关键所在。为了减小和消除实时子结构试验中时滞的不利效应,该文首先根据液压伺服作动系统和Simulink建立了实时子结构试验平台,而后提出了基于时滞追踪的自适应补偿方法,最后采用数值仿真和子结构加载试验进行了验证和参数分析。结果表明:该算法可根据作动系统负载不同对时滞实时自适应地补偿,从而避免迭代试验。该方法不改变原控制器固有算法,也无需对系统时滞参量进行预判定或系统辨识,只需将提出的自适应补偿算法串联接入到系统之中即可,实用性、鲁棒性好。算法对非线性系统导致的时变时滞效应也有理想的补偿效果,通过一个铝合金梁的弯曲测试说明了该算法的正确性,可推广应用于结构实时仿真试验。     

考虑作动器时滞及其补偿的实时子结构实验稳定性分析

实时子结构实验中,使用液压伺服作动器作为加载设备时会出现作动器响应的时滞问题。根据作动器的动力特性,提出液压伺服作动器阶跃响应的双线性简化模型。基于该模型,以OS法(Operator-Splittingmethod)和中心差分法为例,利用谱半径方法分析了作动器时滞及其补偿对实验稳定性的影响。分析结果表明,作动器时滞使实验的稳定性降低,三阶外插补偿可以提高实验的稳定性。此外,分析结果也表明OS法的稳定性好于中心差分法。     

基于位移反馈控制的主动增加时滞补偿方法及其试验验证

时滞是结构振动主动控制系统中普遍存在的现象,时滞不仅会降低控制系统的性能,严重时会造成系统失稳、控制发散。针对此问题,本文研究以下三方面内容：首先基于单自由度系统时滞的稳定性理论分析,确定系统最大允许时滞量的解析解,该阈值可以作为确定何时应用时滞补偿技术的一个评判指标;其次,当作动器实际时滞量大于最大允许时滞量时,常规时滞补偿方法将会失效,提出了基于位移反馈的主动增加时滞的补偿新方法,并定性结合定量详细分析了主动控制算法的参数影响规律;最后,以单层剪切型框架结构为被控对象,进行了多种输入激励下基于位移反馈的主动增加时滞补偿试验验证。大量仿真分析和试验结果表明本文所提方法能够在保证系统稳定性的同时获得一定可观的控制效果     

Adaptive correction method for an OCXO and investigation of analytical cumulative time error upper bound

Traditional oscillators used in timing modules of CDMA and WiMAX base stations are large and expensive. Applying cheaper and smaller, albeit more inaccurate, oscillators in timing modules is an interesting research challenge. An adaptive control algorithm is presented to enhance the oscillators to meet the requirements of base stations during holdover mode. An oscillator frequency stability model is developed for the adaptive control algorithm. This model takes into account the control loop which creates the correction signal when the timing module is in locked mode. A recursive prediction error method is used to identify the system model parameters. Simulation results show that an oscillator enhanced by our adaptive control algorithm improves the oscillator performance significantly, compared with uncorrected oscillators. Our results also show the benefit of explicitly modeling the control loop. Finally, the cumulative time error upper bound of such enhanced oscillators is investigated analytically and comparison results between the analytical and simulated upper bound are provided. The results show that the analytical upper bound can serve as a practical guide for system designers.     

基于非局部理论的压杆稳定性及轴向振动研究

根据非局部弹性理论,研究压杆稳定性和弹性杆件轴向振动问题。结合三种典型边界条件,推导临界压力及固有频率非局部理论解。该显式解表明,无量纲小尺度参数的增大会使临界压力及固有频率减小。由压杆稳定性算例结果显示,非局部临界压力随着压杆长度的增加而减小,当压杆长度接近宏观尺寸时,临界压力趋于稳定。与经典连续介质力学相比,非局部临界压力及固有频率降低,说明经典力学高估小尺度下压杆受压承载能力及结构振动频率,随着压杆长度的增加,经典解与非局部解趋于一致。     

Synchronous amplitude and time control for an optimum dynamic range variable photonic delay line

A synchronous-amplitude-controlled and time-delay-controlled photonic controller for phased-array antenna applications is proposed and demonstrated. Amplitude control is based on a variable optical attenuator system that operates in synchronism with the photonic delay line (PDL). This amplitude control system can provide both the signal calibration for the different PDL channels and settings required for driving the antenna elements of a phased-array radar and the optimum optical power levels that impinge on the photodetector for optimum fiber-optic-link performance. Various variable amplitude control modules based on ferroelectric liquid crystals, polymer-dispersed liquid crystals, and photoconductive devices are proposed. We show that the dynamic range loss due to a switched-PDL inherent structure loss can be compensated when we control the optical power from the laser, using the synchronous optical attenuation system. For the first time to our knowledge, full dynamic range loss compensation is demonstrated for an external-modulation-fed 3-bit switched PDL with a structure optical insertion loss of 5.5 dB. A compression dynamic range of 158 dB.Hz was measured at 6 GHz, and a spurious free dynamic range of 111 dB.Hz(2/3) was estimated. Feasibility of the dynamic range compensation technique for multichannel, higher-insertion-loss PDL systems is discussed.