时域离散系统的可控度及其在传感器／作动器配置中的应用

本文研究了受控结构的时域离散化模型;提出了受控结构模态可控度的一种度量方法,并研究了它与采样周期的关系;首次提出了输出可控度的概念,并将它运用于作动器与传感器位置的最优选择,得出当作动器/传感器对位配置在某一最优位置时,输出可控度可取极值这一结论。文末的例子说明了该方法的应用。     

振动控制传感器／作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定传感器、作动器的数目和优化设计传感器、作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础,将模态控制力、作动器作动力和传感器测量的信号处理为随机变量,分别建立了模态控制力能量、作动器作动力能量的自相关矩阵的测量信号的能量自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关矩阵的和测量信号的能量自相关矩阵包含的能量分别确定了作动器和传感器的数目。在此基础上,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小和传感器测量信号能量最大,分别设计了控制系统的作动器和传感器的最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。     

直升机结构响应主动控制作动器优化设计研究

采用子结构综合法建立考虑作动器动特性与其相互影响的直升机机身／多作动器耦合系统频域数学模型，研究了直升机结构响应主动控制中采用作动器位置序号进行编码的遗传算法对多作动器位置进行优选，以及与电磁式惯性型作动器参数优化的综合优化问题，进行了结构响应主动控制试验研究，验证了多作动器减振的有效性和所提出的作动器位置优选方法的正确性。     

有源控制解耦中压电作动器位置优化

研究基于声辐射模态理论进行有源控制解耦中压电作动器的位置优化问题。以往的研究得出：只要四组作动器满足某种对称形式布置,就可以实现声辐射模态的有源控制解耦,但是满足对称性布置的四组作动器位置有无数个。在主动控制中,压电作动器的位置如何布置一直是个难题。论文以输入控制功率最小化为目标,对四组压电作动器的位置进行了优化。     

基于系统模态的作动器优化配置

文章提出一种优化方法,该方法首先利用FEM方法对结构系统进行模态分析,从中提取与振动源相关的主要模态,然后通过对模态特征向量和特征频率进行重组,得到只包含待控模态的系统状态空间方程,再建立系统振动能量最大的优化目标函数,最后通过固定外载荷力对目标函数进行计算得到作动器分布的最佳位置.算例验证结果表明该方法可以结合FEM方法方便地获得作动器的最佳位置.     

AMD结构主动控制系统的建模研究

为了给主动质量阻尼(Active Mass Driver,AMD)系统的控制策略研究提供一个精确的数学模型,采用了Ansys有限元分析方法和系统辨识的方法分别对AMD受控结构系统进行了建模.通过对比和分析两种方法得到的数学模型,最终选择了将所有的结构子系统,包括传感器和作动器等作为一个整体进行处理的系统辨识方法得到的模型作为控制系统设计模型.     

振动主动控制系统的一种鲁棒设计方法

本文从控制系统校正的角度出发,提出了一种振动主动控制系统的鲁棒设计方法,并且研究了传感器与作动器的位置对系统鲁捧性的影响,指出传感器与作动器对位有助于提高系统的鲁棒性。最后通过一算例说明了该方法的可行性。     

考虑粘贴效应和测量噪声的压电作动器/传感器优化配置

针对柔性结构振动主动控制中的作动器/传感器配置问题,提出了一种在考虑粘贴效应和测量噪声情况下的优化配置方法.首先,在一定条件下,把配置位置有限化;然后利用卡尔曼分离原理,先进行作动器配置,在此基础上进行传感器配置,而不必同时进行优化配置,从而减少了优化计算量,并给出在测量噪声情况下的最优配置结果.柔性梁数值仿真结果表明该方法的有效性和快速性,也同时给出了非同位配置结果,与以往配置结果相比尤其是传感器位置有一定的改变.     

压电柔性机械臂的实验辨识及最优极点配置抑振控制

研究了压电柔性臂系统的实验辨识和基于极点配置法的振动主动控制问题。针对粘贴应变传感器和压电致动器的压电柔性臂系统,提出了零点重新分布的理论传递函数模型。通过扫频实验采用频域辨识方法确立了从压电致动器控制电压输入到应变桥路电压输出的实验传递函数模型,辨识模型与实际结构响应吻合程度达94.8%。并通过多频激励实验证实了辨识模型与实际结构具有较高的一致性。利用辨识得到的传递函数模型建立了系统状态方程表达式,提出了一种移动距离最短、满足系统闭环阻尼要求的闭环极点位置确立方法。不同闭环极点下的数值仿真和实验结果均证明了采用的最优极点配置方法的有效性。实验结果表明,柔性臂在特定激励和外界干扰激励下产生的弹性振动均得到了有效抑制。所提出的模型辨识方法和极点配置策略是可行的。     

基于光控压电混合驱动悬臂梁独立模态控制

本文提出利用镧改性锆钛酸铅（PLZT）的光电效应,将PLZT作为电动势源来驱动压电作动器,从而实现光控板壳结构的振动控制。基于光控压电等效电学模型建立了光控压电混合驱动的数学模型,并进行了实验验证。为了实现光控悬臂梁的独立模态控制,针对悬臂梁结构,设计了正交模态传感器/作动器表面电极形状函数。提出PLZT与压电作动器正/反接控制的激励策略,并结合速度反馈定光强控制的控制算法,利用Newmark-β法对不同光照强度下悬臂梁的动态响应进行了数值仿真分析。分析结果证明了本文所设计的模态传感器/作动器及针对光控压电混合驱动提出的控制策略的正确性。     

弹性连杆机构振动主动控制中作动器与传感器的位置优化

对机构振动主动控制中作动器和传感器位置的优化问题进行了研究。基于对连杆机构受控子系统能控度、能观度和剩余子系统能控度、能观度的分析,确定了能够综合反映主动控制器作动和检测能力及避免“溢出”的性能指标函数,建立了相应的优化模型,在此基础上,采用约束尺度法对该优化问题进行了求解。最后,通过算例说明了本文方法的可行性和正确性。     

挠性结构主动减振中传感器和激振器的优化布置

本文提出了从有效衰减振动能量的角度，通过最小化Ｌｙａｐｕｎｏｖ第二方法中的优化性能指标，对挠性结构振动的主动控制进行优化的方法。研究了在以位移传感器或速度传感器作为检测元件进行部分状态变量反馈的约束条件下，传感器、激振器的最优位置以及最优反馈增益的确定，讨论了在包括截尾残余模态的情况下系统的稳定性。本文还对在两邻边固定、另两邻边自由的边界条件下矩形薄板振动的主动控制进行了优化计算和数字仿真。结果表明，优化的控制系统能够有效地衰减结构的振动。本方法具有明显的物理意义和较高的计算速度，并且通过选取不同的权系数，能够协调控制能量和振动的衰减效果，从而得到合理的位置和增益。     

Piezoelectric actuators and sensors location for active control offlexible structures

A method for optimal positioning of piezoelectric actuators and sensors on a flexible structure is presented. First, a two-dimensional (2-D) model of a piezoelectric actuator bonded to a plate is obtained. Then, a Ritz formulation is used to find a state model of the system in view of its control. To define an optimal positioning strategy, an energy based approach is developed. This leads quite naturally to the study of controllability and observability properties of the overall dynamical model. A new criterion based on energy assessment is proposed to locate actuators and sensors     

智能结构振动控制中压电传感器与执行器位置的拓扑优化

根据奇异值单元灵敏度提出了压电传感器与执行器位置的优化准则，进而建立了一种压电传感器与执行器位置的拓扑优化方法。最后利用算例说明了本文方法的有效性。     

转子平衡补偿平面/传感器探头位置多目标优化仿真

将PSI（Parameter Space Investigation）方法用于转子在线自动平衡补偿平面和传感器探头轴向位置多目标优化选择上，数值仿真证明该优化算法简单有效，有助于提高传感器的可靠性和执行器的平衡能力，改善转子主动平衡控制系统的控制性能。     

正位置反馈的多模态振动主动控制实验

采用压电元件作为传感器和驱动器,基于正位置反馈技术对一个钢制挂架结构进行主动振动控制.介绍了正位置反馈控制的基本原理,阐述了其优化算法,并介绍了控制系统构成,最后对钢制挂架在扫频和窄带随机信号激励下的振动进行了主动控制实验,实验结果验证了本文所述方法可以有效地抑制挂架的多模态振动.     

Analysis of active damping in composite laminate cylindrical shells of revolution with skewed PVDF sensors/actuators

Active damping in a FRP composite cylindrical shell with collocated piezoelectric sensors/actuators is studied. The electrode on the sensors/actuators are spatially shaped to reduce spillover between circumferential modes. A three noded, isoparametric, semianalytical finite element is developed and used to model the cylindrical shell. The element is based on a mixed piezoelectric shell theory which makes a single layer assumption for the displacements and a layerwise assumption for the electric potential. The effects of location of patch of collocated piezoelectric sensors/actuators, percentage length of the shell covered with these patches, fiber angle of the laminae in the composite laminate, stacking sequence of laminae in a laminate and skew angle of the sensor/actuator piezoelectric material, on the system damping for various modes is studied.     

主动桁架模态的试验研究

以一个78杆空间桁架为试验模型，研究线性主动结构构型的试验问题。对构型主动结构及特性分析的试验技术做了实践。采用耦合模态空间的二次型最优控制算法，利用压电堆作动器，构型了主动桁架。采用dAPACE半实物物理仿真操作平台，分别测试了被动桁架和主动桁架的模态振型和模态参数，并测试了主动桁架在随机激励作用下的传递函数。结果表明，主动结构由于引入了控制系统而使得结构的阻尼增大，同时由于在压电作动器附近的杆单元的模态受到抑制，所以主动桁架的模态与相应的被动桁架的模态存在着较大的差别。