扰流激励下垂尾抖振响应主模态控制风洞试验研究

摘 要：采用压电结构的热弹比拟建模方法,进行了垂尾模型一弯模态和一扭模态响应的压电主动控制仿真。设计制作了一个垂尾气动弹性抖振模型以及两种形式的气流干扰源,用于在风洞中进行垂尾抖振实验及产生扰流对垂尾模型实施抖振激励。采用自主研发的弓形压电作动器,根据垂尾抖振响应控制的主模态控制思想,设计了垂尾模型抖振压电主动控制系统,进行了垂尾模型抖振响应压电主动控制风洞实验。结果表明,采用抖振主模态响应控制思想设计的垂尾抖振压电主动控制系统,可使垂尾模型抖振响应功率谱密度函数峰值降低50%以上。     

全动垂直尾翼的抖振主动控制方法研究

全动垂尾结构不同于铰接方向舵的垂直安定面结构。该文深入研究了全动垂尾抖振响应的压电驱动控制、垂尾旋转控制以及混合压电控制和垂尾旋转控制的三种主动控制方法。使用压电驱动的载荷比拟方法对压电纤维复合材料(MFC)驱动器进行建模,利用偶极子格网法计算随体空气动力。采用线性二次型高斯最优控制(LQG)方法分别设计三种模型的控制律。分析三种控制模型的抖振响应,研究其控制效果的差异,并进行比较。结果表明:压电控制因受控制电压和压电功放所限,控制效果有限;垂尾旋转控制由于受限于控制频率,对高频激励控制效果不明显;混合控制方法兼具垂尾旋转控制和压电控制两种方法的优点,能同时降低低阶模态和高阶模态上的能量,从而扩大了控制频率的范围,因此其控制效果最好;最后,通过具有不同结构参数的全动垂尾模型的算例,验证了混合抖振控制方法的可行性和有效性。     

次级通道在线辨识的齿轮啮合振动主动控制

针对齿轮传动系统中由于啮合误差产生的周期性振动和噪声,构建在从动齿轮轴上附加压电作动器的齿轮主动结构,提出一种次级通道在线辨识的反馈FxLMS算法进行主动控制。应用C-MEX S函数在Simulink中编写了FxLMS算法模块和次级通道进行在线建模的自适应LMS算法模块,仿真算例验证了自建模块的正确性和算法的有效性。将控制算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电作动器的齿轮主动结构组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明,在不同啮合频率下,经过主动控制后的齿轮传动系统振动有了不同程度的减弱,在啮合频率基频处有6.9dB的衰减。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

飞机垂尾抖振极限载荷预测方法

为满足先进战斗机高速、大机动飞行性能的要求,在飞机设计的强度估算与校核中必须考虑抖振载荷的影响,以保证飞机结构在全包线飞行状态中具有足够的强度。按照飞机飞行状态进行抖振飞行子状态划分建立起抖振载荷数据库的数据存储关系,提出根据有限测点处测试的抖振响应重构飞机垂尾结构抖振载荷的方法,并基于所选抖振飞行子状态载荷概率分布模型预测出抖振极限载荷。最后以某飞机垂尾上某节点的抖振极限载荷预测为例,演示用本文方法预测飞机垂尾抖振极限载荷流程。     

双层隔振系统模糊振动主动控制技术

采用模糊控制理论对双层隔振系统进行主动控制仿真。这种策略无需考虑一般自适应前馈控制所引起的次级振源对控制器输入的反馈问题(耦合通道的影响)及次级振源到误差评价传感器之间的传递函数(误差通道)对控制过程的影响,控制系统简单易行。研究结果表明,所采用的模糊控制策略对于周期和随机振动信号均有很好的控制效果。     

永磁同步电机抗干扰复合滑模控制器的设计

目的 在灌装、封口等包装作业过程中,提高永磁同步电机的快速响应和抗干扰能力,同时减少控制系统的抖振现象。方法 提出一种复合滑模控制策略,设计一种能适应滑模面和系统状态变化的分段速率滑模趋近律,将其与新型积分滑模面结合,设计一种带速度环的滑模控制器。同时,设计一个干扰观测器,用于估计闭环系统的扰动,并将估计后的扰动实时补偿到控制器的输出电流中,构建复合控制器。结果 仿真结果表明,设计的控制器能够显著提高收敛速度,并有效减少了控制系统的抖振,从而提高了动态质量。此外,干扰观测器与控制器结合的复合控制器可以提高系统的抗干扰能力,从而进一步提高了控制性能。结论 文中提出的复合滑模控制策略可以有效提高永磁同步电机调速系统的动态性能,减少控制系统的抖振,为实现高效、稳定的控制提供了有效的解决方案。     

基于组合非线性反馈技术的机器人控制方法

为解决机器人跟踪控制中响应速度和超调量之间的矛盾,实现快速的响应和较小的超调,研究了机器人非线性动力学与组合非线性反馈技术相结合的控制策略,提出了一种基于组合非线性反馈的机器人控制器.该控制器由两部分组成,一部分由完全的机器人非线性动力学补偿来实现反馈线性化,另一部分由组合非线性反馈技术实现镇定.通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的渐近稳定性.同时,把组合非线性反馈理论拓展到多输入多输出(MIMO)饱和线性系统的时变轨迹跟踪控制,利用非线性项的变阻尼特性,使得系统的动态响应快速且没有超调.仿真结果证实了此方法的有效性.     

基于自适应模糊补偿的不确定性机器人CNF控制

为解决不确定性因素对机器人系统的影响,实现不确定性机器人系统准确跟踪参考输入的能力,研究了自适应模糊控制和组合非线性反馈(CNF)控制相结合的策略。提出了一种基于自适应模糊补偿的机器人CNF控制器。核心是将系统的不确定性利用自适应模糊控制进行在线逼近,作为CNF控制器的补偿项,充分利用两种控制方法的优势,降低不确定性因素对系统性能的影响。通过反馈线性化技术与Lyapunov理论,证明了闭环系统的收敛性;最终仿真结果证实了此方法的有效性。     

H∞控制理论在管道降噪中的仿真实验研究

本文运用H∞控制理论建立管道内一维声场的前馈式噪声主动控制模型,将前馈控制器设计问题转化为标准的H∞控制问题,为有效地消减次级声场对参考传声器的声反馈影响,声反馈通道被融合于控制器的设计过程中,以保证ANC系统的稳定性和降效果,计算机仿真结果表明,该系统能够稳定运行,并且可有效地降低截止频率以下频段的噪声,在设定频带内达到了较好的降噪效果。∞     

风洞模型加速度负反馈振动主动控制方法研究

针对尾撑式风洞模型强方向性振动问题,基于异位配置加速度负反馈控制器对风洞模型振动主动控制方法进行研究。首先,通过模态分析得到系统低阶模态振动的强方向性并基于系统特性设计了具有结构耦合性的内嵌压电陶瓷作动器的风洞模型振动主动控制系统。然后,基于异位配置NAF控制器分别设计了针对第二阶模态和前两阶模态的单模态NAF控制算法和双模态NAF控制算法。最后,进行了实验验证,结果表明:双模态NAF控制算法控制效果较好,前两阶模态阻尼比分别提高近13倍和近40倍,镇定时间分别缩短近11s和近26s。     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明：1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。     

基于神经网络的有源噪声控制实验研究

FxLMS算法以其结构简单,性能稳定的特点在有源噪声控制领域得到广泛应用,但当通道非线性时控制效果不佳。人工神经网络用作非线性控制器时存在计算量较大的局限性,严重时会影响系统的实时响应能力。为此采用了一种结构简单的基于人工神经网络的有源噪声控制系统。实验结果表明该系统具有较理想的降噪效果和实时响应能力。     

改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

误差非线性函数的变步长FxLMS算法研究

滤波-x最小均方(Filtered-x Least Mean Square,FxLMS)算法是主动噪声控制的经典算法,其存在收敛速度与稳态误差不可兼得的问题,解决方法之一是采用变步长FxLMS算法.总结了现有的基于误差非线性函数的变步长模型,并将其应用于FxLMS算法以改善算法性能.用三种常见的噪声作为参考输入信号进行...     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

基于FxKalman算法的有源控制器设计与实现研究

近年来,对于有源噪声控制算法的性能越来越重视。与基于维纳滤波原理的最小均方滤波(Filtered-x Least Mean Square,Fx LMS)、最小二乘滤波(Filtered-x Recursive Least Square,Fx RLS)算法相比较,基于卡尔曼滤波的有源控制算法(Filtered-x Kalman,Fx Kalman)具有较快的收敛速度和良好的跟踪性能,且对带宽噪声有较好的降噪性能。设计、仿真运行了Fx Kalman算法的有源控制器,并针对单频、窄带和宽带信号,在实验室封闭空间对Fx Kalman算法、Fx LMS算法和Fx RLS算法进行有源控制器验证性实验比较,证实了Fx Kalman有源控制器具有上述优点。而如果初级噪声为单频信号且对算法收敛速度要求不高,Fx LMS算法是最经济稳妥的选择。当需要控制带宽噪声或对算法收敛速度要求较高时,Fx Kalman算法则为最好的选择。