车载设备半主动多维减振装置设计理论研究

采用基于并联机构和磁流变阻尼器的半主动控制多维减振装置，实现对车辆行驶中面临的多维振动半主动控制。对减振装置进行结构设计、系统控制模型分析和控制算法研究，并制作样机进行实验研究。样机试验结果表明，该半主动控制多维减振装置能实现车载设备多维减振，且减振效果好、可靠性高。     

航海船舶多维振动主动控制研究

采用基于并联机构和电磁作动器的多维振动主动控制装置,实现了对船舶航行中面临的多维低频振动衰减。对振动控制装置进行了结 构设计、系统控制模型分析和控制算法研究,并制作样机进行了实验研究。样机试验结果表明,该多维减振装置能够实现船舶多维低频振动主 动控制。     

基于自适应遗传算法弹簧刚度优化的可调频多维减振平台设计

依据特定工况下的振动激励频率设计得到的多维减振平台,不能满足多场所、多工况下减振的要求。通过改变弹簧刚度值调节减振平台的固有频率可实现其不同工况下多维减振的目标。给出了基于空间对称3-PRC并联机构设计的多维减振平台模型;采用闭环矢量方法建立其运动学、动力学理论模型;采用自适应遗传算法对满足特定要求固有频率的弹簧刚度值进行优化,得到了满足误差要求的弹簧刚度值,实现了多维减振平台的调频目标。为设计工作于变激励工况下的多维减振平台提供了一种新的思路。     

四自由度振动控制实验平台的设计

设计一个基于四自由度并联机构的多维减振平台，用于研究教学目的。根据并联机构用作减振平台主体机构的具体要求，确定一种2T-2RNI自由度并联机构，自行设计制造了电动伺服缸，作为执行器和振动源。     

磁流变阻尼器在多维减振平台上的应用

 自行设计并制作了一款磁流变阻尼器，通过对实验数据和特征曲线的分析，研究了该阻尼器的磁场强度和阻尼性能，验证了该阻尼器应用于半主动控制的优越性。根据减振平台主体机构的并联机构机型的选择原则，以三平移减振平台为例，提出了将磁流变阻尼器应用于多维减振平台上的设想，并构思了初步方案，为此类阻尼器应用于多维减振平台提供了数据基础和技术支持。     

三自由度并联物料振动分拣平台机构设计及运动仿真

为解决传统物料振动分拣平台无法实现多维振动的问题,提出了一种三自由度并联物料振动分拣平台,可满足物料振动分拣需要.该机构由共面的2条（P-R-U）支路及1条（P-R-C）支路组成,可实现动平台沿x,z轴的平移和绕x轴的转动.应用D-H矩阵对该并联机构进行运动学建模,通过运动学正、反解理论分析,建立机构输入、输出变量间运动学解析表达式.运用Matlab对位置正解进行计算,通过Mech/Pro接口软件将Pro/E中建立的模型导入ADAMS中进行运动仿真,并将计算结果与仿真结果进行分析和对比.两者结果相同,验证了结构分析及位置求解的正确性.     

基于变胞并联机构的多维隔振研究

在某些变激励和变环境的多维隔振中,目前应用的隔振理论和隔振技术存在诸多的缺陷,从而不能满足实际工程的隔振要求。给出了一种新颖的变胞并联机构,并以此为主体在选定的主动副处安装相应的弹簧阻尼系统建立了多维隔振平台。该变胞隔振平台存在两种形位,可以通过调整rT铰链的配置,使变胞机构变为3-CRR或者CRU-2CRR两种不同的并联机构。推导了隔振系统的运动学和动力学方程,对其模态、动力学特性和隔振效果进行了研究。仿真计算表明,在主动副处辅以适当的弹性和阻尼,可以实现隔振系统多维隔振,并可以通过设定系统的初始位置等获得不同的固有频率,从而适应不同的隔振工况要求。     

三平移并联茶叶筛分机机构设计及运动仿真

 为解决传统茶叶筛分机械不能实现多维振动的问题,提出了一种满足茶叶筛分需要的空间多维振动并联筛分机思想,并且基于并联机构的组成原理设计了筛分机的主体机构.该并联机构包含3条空间相互垂直的C-R-R支路,以动平台为茶叶筛分机筛面,能够实现3个方向的平移.应用D-H矩阵对该机构进行运动学建模,并且给出了运动学的正解和反解.结果证明筛面可以达到理想的运动需求,可以将此机构用于茶叶筛分机.在Pro/E中建立该并联机构的虚拟样机模型,利用Mech/Pro给虚拟样机添加运动副并导入ADAMS软件中,利用ADAMS进行仿真,验证了运动学正、反解的正确性.最后通过试验表明,X,Y,Z三方向的振动使得茶叶透筛时间缩短,筛分效果最优.     

考虑关节间隙的多维隔振系统振动特性分析

为隔离车载精密仪器承受的多维振动,引入基于并联机构且考虑机构关节间隙的多维被动隔振系统。通过GF集（Generalized Function Set）型综合理论,得到一种具有三平移一转动运动特性的4-PUU （移动副-虎克副-虎克副）并联机构,在主动关节处添加弹簧和黏滞阻尼器,建立考虑关节间隙的多维隔振系统运动学和动力学方程,研究存在关节间隙的多维隔振系统在谐波、随机路面激励下的时域、频域隔振能力。研究结果表明：存在关节间隙的多维隔振系统能够实现多维振动在时域和频域中的有效衰减;随着关节间隙数值逐渐增大,隔振能力沿x轴方向变化最敏感,沿y轴方向变化最不敏感;系统第一阶共振峰对关节间隙变化敏感,向低频区域移动,隔振能力恶化。     

非线性梁压电分阶最优减振控制

提出非线性的分阶最优控制方法,并将其应用于梁的非线性振动压电减振控制。建立梁压电减振系统动力学模型,导出减振系统的非线性动力学运动微分方程,利用摄动法,实现非线性微分方程的线性化。将各阶线性方程解耦,化为状态空间方程。设计非线性分阶控制器,对减振系统进行分阶最优控制。仿真算例验证这种控制方法的有效性。     

带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型与减震机理研究

提出带耗能减震层框架-核心筒结构的简化模型,将减震层等效为抗转刚度弹簧和抗转阻尼弹簧,构造减震层上部和下部的振型函数,采用假定振型法和虚功原理,推导带耗能减震层框架-核心筒结构在地震作用下的振动控制方程。以典型带耗能减震层框架-核心筒结构为例,采用MATLAB语言编制该简化模型的振动控制方程程序,并与ETABS软件建立的有限元模型进行相互验证,研究带耗能减震层框架-核心筒结构的地震反应和减震机理。研究结果表明:提出的带耗能减震层框架-核心筒结构简化模型有效、可行;利用振动方程的显示表达式揭示了带耗能减震层框架-核心筒结构的减震机理;由复模态分析方法进一步确定了不同减震层位置时结构阻尼的变化规律,优化设计的复模态阻尼比及阻尼器的优化阻尼系数可用于该类结构的初步设计。     

Adaptive disturbance rejection in an optical trap

This article presents a method for characterizing the system dynamics of a trapped particle in real-time and designing a controller to minimize disturbances to the particle's position. Specifically, adaptive system identification is used to determine the trap characteristics and the actuator transfer function describing the mirror voltage to trap position path. Using an internal model control scheme combined with a filtered-x least-mean-square algorithm, adaptive control was used to create a controller that minimizes a frequency weighted mean-squared-error. The dynamics associated with multiple particle sizes and materials were experimentally determined under different power levels, each case resulting in different system dynamics and demonstrating positive control results. The adaptive system identification and the controller presented automate the process of system identification and control design, enabling the automation of optical trap controller design.     

新型磁悬浮转子系统的专家PID控制研究

介绍一种新型磁悬浮轴承的工作原理,并且利用动力学和电磁学原理建立磁悬浮轴承系统的数学模型,讨论了刚度阻尼和控制系统的关系,通过此关系确定了常规PID的控制参数。利用常规PID的3个参数作为专家PID控制器的初始参数设计了专家PID控制器,并在磁悬浮轴承平台上进行了实验。实验结果证明此新型磁悬浮轴承控制系统在专家PID控制器的作用下能够快速、稳定悬浮,性能良好。     

Microprocessor-based controller for plasma position in a tokamak

A high-speed microprocessor-based controller and its application to the plasma position in the STOR-M (Saskatchewan torus-medium) tokamak is described. An adaptive control procedure based on a high-speed digital signal processor has been used to improve the controller performance. The fundamental functions of this system are the plasma dynamics modeling, the controller adjustment based on parameter optimization, and real-time feedback control. The performance of this high-speed digital controller is described, and a simulation study is discussed. Plasma position measurement using magnetic probes is described     

基于剪切式磁流变减振器的车辆侧倾与平顺性协调控制

车辆转向时,由于普通磁流变减振器在低速下无法提供较大的阻尼力,难以有效对车辆进行侧倾控制,针对此问题,设计了一种具有低速大阻尼特性的剪切式磁流变减振器,以提升车辆的抗侧倾性能。对剪切式磁流变减振器的结构和磁场进行设计,并建立剪切式磁流变减振器阻尼力模型;通过Simulink仿真得到该减振器的输出特性曲线,并建立磁流变减振器多项式数学模型;建立车辆六自由度转向-侧倾动力学模型,基于限幅最优控制设计车辆侧倾和平顺性协调控制器,并运用MATLAB软件对磁流变半主动悬架限幅最优控制双移线工况进行动力学仿真。仿真结果表明:当车辆转弯时,相较于常规模式,抗侧倾模式下车身侧倾角和横向载荷转移率显著减小,同时车身加速度、轮胎动载荷及悬架动挠度等参数有一定的改善。研究表明剪切式磁流变减振器能够有效抑制车辆转弯时的车身侧倾,改善车身姿态,同时使车辆保持良好的平顺性,提升了车辆的弯道通行能力,防止车辆侧翻事故发生。研究结果可为磁流变半主动悬架在车辆侧倾控制中的应用提供理论支持。     

粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

空间桁架结构采用黏弹性阻尼的振动控制技术

航天器空间桁架结构在太空特殊物理环境下的振动控制问题是航天技术中的一大难题,为探讨阻尼被动控制技术的有效程度。首先从理论上分析黏弹性材料（VEM）的阻尼作用机理,由此设计一种双夹层圆柱式黏弹性阻尼器（VED）,研究VED阻尼杆在桁架中的最佳位置配置问题,并推导阻尼桁架结构的动力学方程,结合VEM的阻尼特性分析结构的动态品质。最后以一字型桁架为例,对VED阻尼被动控制效果进行仿真分析,结果显示在共振区内桁架的振幅衰减达35 %,可取得良好的控制效果。     

多自由度车辆模型半主动悬架模糊控制

考虑到发动机、座椅及乘客等多种因素影响，建立了多自由度车辆模型，并利用RD-1005型可调阻尼器及其阻尼力滞回特性，设计了车辆半主动悬架振动模糊自适应控制系统。模糊控制器以车体振动位移误差及其变化率为输入，用重心法进行模糊推理可调阻尼力，运用龙格一库塔法计算出阻尼器活塞杆的位移。利用MATLAB对模型系统进行了计算机仿真研究，并侧重实现了输出阻尼力的自适应控制算法。仿真结果证实了程序的正确性和理论的可行性，对实际车辆半主动悬架系统的设计有一定参考价值。     

Minimizing Scanning Errors in Piezoelectric Stack-Actuated Nanopositioning Platforms

Piezoelectric stack-actuated parallel-kinematic nanopositioning platforms are widely used in nanopositioning applications. These platforms have a dominant first resonant mode at relatively low frequencies, typically in the hundreds of hertz. Furthermore, piezoelectric stacks used for actuation have inherent nonlinearities such as hysteresis and creep. These problems result in a typically low-grade positioning performance. Closed-loop control algorithms have shown the potential to eliminate these problems and achieve robust, repeatable nanopositioning. Using closed-loop noise profile as a performance criterion, three commonly used damping controllers, positive position feedback, polynomial-based pole placement, and resonant control are compared for their suitability in nanopositioning applications. The polynomial-based pole placement controller is chosen as the most suitable of the three. Consequently, the polynomial-based control design to damp the resonant mode of the platform is combined with an integrator to produce raster scans of large areas. A scanning resolution of approximately 8 nm, over a 100 mum times 100 mum area is achieved.     

汽车半主动悬架的滑模变结构控制

在1／4汽车动力学模型的基础上，运用滑模变结构方法设计了汽车半主动悬架滑模控制器。基本思想是以半主动悬架的近似天棚阻尼系统作为参考模型，把被控系统和参考模型间的广义误差动力学引入渐近稳定的滑动模态中；采用极点配置法确定滑模切换面参数；用等速趋近率改善滑模运动段的动态品质；根据滑模面上的等效控制力，确定半主动悬架的实时控制阻尼力。仿真结果表明：该滑模控制器性能稳定，具有较好的鲁棒性和跟踪性，对模型参数的变化和外界扰动有一定的适应性。仿真证实了滑模控制器设计的有效性。