任意边界条件弹性杆结构扭转振动特性分析

采用改进傅里叶级数方法建立了任意边界条件弹性杆扭转振动特性预报模型。针对传统傅里叶级数在扭振边界处存在的位移导数不连续问题,通过改进傅里叶级数的方法改善解的收敛性和准确性。弹性杆结构扭振微分方程与任意边界条件方程进行联合求解,得到弹性杆扭振问题的特征矩阵方程。数值算例分析结果充分验证了本文模型的可行性与正确性。     

钻柱纵向和扭转振动分析

介绍钻柱的振动状态和产生振动的原因.针对钻柱的纵向振动,分别建立了力激励法和位移激励法的数学模型;计算结果表明,力激励法与位移激励法求得的消振转速相反,即力激励法的消振转速恰恰是位移激励法的共振转速,反之亦然;传统多以力激励为边界条件来研究钻柱纵向振动的频率响应,并指导现场消振作业的,这样给出的最佳消振转速,恰恰是共振转速;在钻井作业中,钻头的纵向跳动比纵向受力的变化要稳定得多,钻柱的动负荷比动位移重要得多,应该用位移激励法研究钻柱的纵向振动问题.针对钻柱的扭转振动问题,分别建立了扭矩激励法和转角激励法的钻柱扭转振动数学模型;证明用转角激励法来研究钻柱的扭转振动更符合实际.     

盘式分布拉杆转子系统扭转振动非线性动力学特性分析

随着燃气轮机技术的发展,盘式分布拉杆转子系统在燃气轮机等动力机械中得到广泛应用。主要研究盘式分布拉杆转子扭转振动的非线性动力学特性,通过考虑叶盘接触效应和拉杆等效简化,建立一个新的系统扭转振动方程。利用多尺度方法求解动力学方程解析解,并获得拉杆转子系统扭转振动幅频方程和解析曲线,根据奇异性理论获得系统转迁集,并利用动力学系统的扰动方程零解稳定性研究原系统的周期解的稳定特性,并发现系统动力学参数对其影响规律,并根据新模型建立实际结构参数与非线性动力学参数的联系,给出系统稳定性边界条件。分析结果对燃气轮机转子系统动力学设计具有一定的指导意义。     

结构非线性振动的自适应模糊滑模控制

结构在强震作用下将不可避免地进入塑性阶段,表现出非线性行为,而总体上说,结构非线性振动还没有系统、有效的控制方法.本文主要研究了结构非线性振动的自适应模糊滑模控制算法,用模糊系统来自适应地逼近非线性系统以实现滑模控制力,同时采用模糊系统消除滑模控制所带来的抖振现象,并给出了模糊滑模控制器和自适应律的设计.仿真模型采用3层和20层的Benchmark非线性结构模型,每层均设置一个采用自适应模糊滑模控制算法的控制装置,计算出其在地震输入下的结构响应,然后对仿真结果进行了分析.仿真结果表明,自适应模糊滑模控制算法能够充分发挥自适应模糊控制和滑模控制的优点,较好地实现对结构在地震作用下非线性振动的控制,并得到令人满意的结果.     

拉杆转子扭转振动研究

以往对拉杆转子的研究多以连续整体转子对待,模型精度不高,为此,将拉杆转子非连续界面上的接触效应考虑在内,运用键合图法建立了拉杆转子扭转振动的动力学模型,并对接触面当量扭转刚度的影响因素作了相关分析。结合一实验拉杆转子对其扭转振动进行了理论计算与实测对比,分析了不同预紧力作用下拉杆转子与连续整体转子扭转振动的固有频率,并将预紧力为4000N时拉杆转子与连续转子的模态振型进行了对比。结果表明,该拉杆转子扭振模型不仅具有更高的精度,而且它通过接触面的扭转变形从本质上体现了拉杆转子与连续转子的区别,为今后对拉杆转子的进一步研究奠定了基础。     

钻柱纵向振动分析与应用

利用钻柱纵向振动数学模型,分析了钻柱轴向应力振幅分布曲线和钻柱中最大轴向应力幅频曲线的特征以及钻井液粘度、激励位移、减振器位置对钻杆中最大轴向应力振幅的影响。分析表明：钻柱中轴向应力振幅沿纵向呈波状分布,其最大值在钻柱底部或钻杆中;钻杆中的最大轴向应力振幅随转速的变化曲线呈凹坑形,为了保护钻柱,应该选择凹坑中间的转速带;钻杆中的最大轴向应力振幅和钻柱底部的轴向应力振幅随转速的变化趋势并不完全一致,以后者作为判断钻柱是否共振和优选转速的指标不够准确,而应以前者作为该指标;钻杆中的最大轴向应力振幅与激励位移大致成正比;钻井液粘度越高,钻杆中的最大轴向应力振幅越小;减振器位置可以改变钻柱纵振系统的固有频率,从保护钻柱角度考虑,低转速时,减振器应紧靠钻头安装,高转速时,减振器应与钻头保持一定距离;通过优选钻具组合和转速,防止钻柱共振是预防钻具失效的有效措施     

建筑结构振动控制的改进滑模砰砰方法

本文将滑模控制和最优控制中的砰砰控制相结合,对建筑结构振动控制的滑模砰砰方法进行了研究。由于在建筑结构中应用的作动器多为液压形式,作动器很难适应正负极限控制力间的快速转换,为此本文给出了改进滑模砰砰控制律,用指数函数代替符号函数。考虑到安装传感器数量的限制,给出了有限状态输出的滑模砰砰控制方法。文中还给出了确定作动器最大控制力的近似方法。算例表明,文中所给出的方法能有效地减小结构地震峰值响应,且具有对结构固有参数变化较好的鲁棒性。改进滑模砰砰控制具有重要的实际应用价值。     

滑模变结构法实现旋转圆盘混沌振动的控制

为了消除旋转圆盘横向混沌振动,克服其对整个系统及工作状况的不利影响,对旋转圆盘横向振动的四维非线性方程进行了复杂动力学特征分析,包括相轨迹图、Lyapunov指数和庞加莱映射图。利用比例积分滑模变结构法,将旋转圆盘从其横向混沌振动的混沌轨道先后控制到任意固定点和周期轨道,并用MATLAB模拟验证其有效性。重点讨论了滑模变结构方法的增益系数对抖振问题、受控系统的过渡过程的时间、峰值和控制器的过渡时间、峰值和稳定后的状态及其上下界的影响。结果为比例积分滑模变结构法的应用和相关机械系统混沌态的有效控制提供了理论依据。     

基于奇异摄动理论的电液伺服系统Backstepping滑模自适应控制

针对电液伺服位置跟踪系统中存在的非线性特性、系统参数和外部负载的非匹配不确定性,提出了基于奇异摄动理论的电液伺服系统的Backstepping滑模自适应控制。利用奇异摄动中双时间刻度理论将原系统分解为快慢变子系统,分别设计快变和慢变子系统的控制律,再合成得到复合控制器。应用Backstepping的逆向递推方法有效地解决了高阶非线性系统的控制问题,用滑模方法抑制系统的外部扰动,对系统的不确定性参数进行自适应估计。数字仿真的结果验证了所设计控制器的正确性和有效性。     

滚筒洗衣机瞬态脱水振动的分析与控制

为控制滚筒洗衣机瞬态脱水振动,建立了带有磁流变阻尼器的滚筒洗衣机平面振动模型;通过数值求解,分析了脱水过程按指数规律启动时,系统最大振幅随加速时间常数的变化;讨论了不同稳态转速下,系统最大振幅平均值随衣物负载质量和阻尼器控制电流的变化,结果表明:磁流变阻尼器控制电流对系统最佳加速时间常数的影响不大,对于1～9 kg的衣物而言,采用0.7的加速时间常数可取得较好的综合控制效果。此外,为综合考虑悬挂系统的瞬态抑振与稳态隔振,提出一种简单的磁流变阻尼器控制策略:采用短时傅里叶变换追踪盛水桶振动频率,当该频率大于预设的基准频率后,将阻尼器控制电流从最大降为最小以取得较好的隔振效果,最后,通过仿真验证了该策略的有效性。     

钻柱扭转和纵向振动的等效网络分析

忽略阻尼对钻柱振动的影响,在一维钻杆扭转振动和纵向振动方程的基础上,推导出单根钻杆和多根相同钻杆扭转振动和纵向振动的等效网络.利用等效网络级联理论,结合钻柱系统边界条件,给出了钻柱扭转振动和纵向振动的等效网络和机械等效阻抗表达式,阐述了根据机械等效阻抗确定钻柱扭转振动和纵向振动机械共振频率的原理和方法.由等效网络分析法...     

基于滑模控制的接触网/受电弓系统抗振动分析

该文研究了接触网/受电弓组成的弓网系统的抗振动问题。首先以滑模控制理论为基础,用系统的实际位移和理想位移差作为误差函数,根据弓/网系统的动力学平衡方程组,设计了基于滑模控制的抗振动算法,最后结合DSA250型受电弓对所提出算法进行验证。仿真结果表明,该算法可以降低接触网的动态抬升位移,对抑制弓/网系统的振动具有一定效果。     

桩顶柔性约束下非均质饱和土中管桩扭转振动研究

基于Biot波动方程及Novak薄层法理论,采用非线性弹簧模型近似代替上部结构对管桩的柔性约束,并考虑土体剪切模量沿深度的非均质变化,在求得桩周土和桩芯土扭转动力阻抗的基础上,将管桩扭转振动方程离散成差分格式,最终获得了桩顶柔性约束下非均质饱和土中端承管桩扭转振动的频域响应。研究表明:随着柔性约束参数n、M_u的增大,桩顶实刚度在两个参数高、低区段内数值不变,中间随n、M_u逐渐增大,而T_0的影响则与之相反;动阻尼随n、M_u、T_0的变化呈现出近似的正态曲线分布模式;增大土层非均质系数a,将使桩顶实刚度逐渐增大,动阻尼迅速减小,且最终保持不变。     

变质量提升系统钢丝绳轴向-扭转耦合振动特性

为了掌握变质量提升系统的振动特性,考虑提升钢丝绳的扭转运动并根据变质量非完整系统的Ham ilton原理建立了钢丝绳轴向和扭转耦合振动数学模型,并推导了变质量提升系统振型函数及确定轴向与扭转耦合振动频率的超越方程,给出了基于振型函数随系统质量变化及固定不变两种情况下变质量提升系统钢丝绳振动位移、张力和扭矩响应的求解方法。以矿井提升箕斗装载为工况进行应用分析,结果表明:两种求解方法得到的响应基本接近;提升容器装载过程是一个质量增大振动频率减小的过程,钢丝绳的动位移、张力和扭矩以波动形式逐渐增加。装载量较大时可采用振型函数固定的方法计算装载提升系统的频率和响应,冲击较大的载荷建议考虑提升容器的波动载荷,从而有助于提高计算效率和增强提升系统的安全可靠性。     

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明：该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

二阶滑模离心-振动试验系统的振动控制

针对离心-振动试验系统的振动位移跟踪控制存在参数不确定性和干扰的问题,提出一种基于二阶滑模的振动位移跟踪控制方法。该方法基于高阶滑模控制基本原理,通过建立离心-振动复合试验系统数学模型,利用李雅普诺夫第二法设计出二阶滑模振动位移控制律。仿真结果表明:该方法在2 s内能够完成位移跟踪,跟踪准确度达到0.001 m,能够有效降低系统抖振,实现振动位移跟踪的精确定位,具有较高的控制精度和可靠性。     

基于滑模控制投影混沌同步在隔振系统中的应用研究

线谱是潜艇辐射噪声谱中最显著的特征,即使在潜艇以低速航行,产生最低的噪声辐射的情况下也可以探测到。利用混沌的宽频特性来降低潜艇辐射噪声线谱,提高其隐身能力已被广泛研究,但由于混沌的内在不确定特性,当系统处于混沌状态时,整体隔振性能不能得到保证。提出应用滑模变结构控制实现隔振系统和混沌系统投影同步的新方法,在保持原有隔振系统隔振性能的前提下有效的消除了线谱。该方法不用计算Lyapunov指数,且对参数失配具有很强的鲁棒性。通过对两自由度隔振系统和Duffing方程的数值仿真,验证了该方法可成功消除线谱且明显改善隔振系统的隔振性能。     

双异步电机驱动双质体振动系统同步滑模控制

针对2个异步电机安装在2个不同质体上的振动系统在部分参数条件下不能同步运转或同步相位差不满足设计要求的问题,提出采用主从控制结构和滑模控制算法对异步电机进行矢量控制,以使振动系统实现0或π相位差的同步运转。首先,基于拉格朗日方程建立了振动系统的运动微分方程,并推导了其固有频率的表达式。然后,设计了振动系统异步电机的控制器,并分别证明了其稳定性。最后,在MATLAB/Simulink环境中建立了振动系统的机电-控制仿真模型,开展了自同步和控制同步仿真并进行了对比。结果表明：所设计的控制器可使振动系统实现0或π相位差的同步运转。研究结果可为双异步电机驱动双质体振动系统的研制提供参考。     

电动车用永磁同步电机非线性扭转振动模型

针对电动车车身阶次振动和车内噪声的主要振源—永磁同步电机的扭转振动问题,首先,利用集中参数法建立了永磁同步电机扭转振动的非线性动力学模型,解析求解了考虑非正弦分布的永磁磁场、定子开槽、时间谐波电流的永磁同步电机电磁转矩,获取了定子铁芯、机壳的刚度和阻尼参数,指出了电磁转矩波动是引起永磁同步电机非线性振动的主要原因。然后,采用状态变量法求得了非线性方程组的解。最后,通过永磁同步电机扭转振动实验验证了本模型的有效性。