基于压电元件的悬臂梁半主动振动控制研究

为了探讨非线性同步开关阻尼技术(synchronized switch damping,简称SSD)的半主动振动控制系统中开关切换效率对控制效果的影响,详细推导了基于开关切换效率的SSDI(synchronized switch damping on inductor)及SSDV(synchronized switch damping on voltage)的振动阻尼表达式,并搭建了悬臂复合梁振动半主动试验平台,对理论分析结果进行了试验验证.试验结果表明,开关切换的延时越小,控制效果越佳.     

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的实验研究

采用压电分流阻尼原理,对根部粘贴压电陶瓷片的柔性悬臂梁振动控制进行了实验研究。实验中设计了一个由电容、电阻和运算放大器组成的等效电感电路,解决了压电分流电路设计中的超大电感器问题。根据测试得到的带压电分流电路悬臂梁的闭路和开路自然频率,确定出了压电分流电路的最优参数,对悬臂梁的瞬态振动和单频简谐激励下的稳态振动控制实验表明了压电分流阻尼被动控制结构振动的有效性。     

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的参数优化分析

采用阻抗分析技术,根据压电材料的机电耦合特性和RLC电路的电学阻抗特性,详细推导了RLC串联压电分流阻尼系统的机械阻抗特性,研究了作单模态振动的悬臂梁在粘贴压电片后形成的压电悬臂梁系统的位移传递函数特性。借助于调谐质量阻尼减振理论,进行了压电分流阻尼系统的参数优化分析,并通过算例验证了参数优化前后压电分流阻尼系统对悬臂梁振动的被动控制效果。     

通过压电分流阻尼技术抑制结构振动的实验研究

以一四边固定矩形板为例,通过实验方法对三种不同的压电分流阻尼技术（RL串联压电分流电路、RL并联压电分流电路以及RL-C并联压电分流电路）的振动控制效果进行分析和比较。实验结果表明,当压电分流电路的参数调节到最优值时,能够有效降低结构振动;RL串联压电分流电路和RL并联压电分流电路的控制效果基本相等;RL—C并联压电分流电路能够降低分流电路中的最优电感值,但是控制效果也随之变差。实验结果还表明压电分流电路对电感值相当敏感,如果电感值偏离最优值,有可能会使得控制效果大幅下降。     

基于压电开关分流电路的板振动半主动控制

研究了状态开关分流电路与同步开关分流电路的抑振原理和实现方法;设计出一种控制这两种开关开闭状态的控制器;分别选用这两种开关分流电路对板进行抑振实验,实验中状态开关分流电路和同步开关分流电路控制下板的第一阶稳态响应分别得到约13.4%和50.6%的降低效果;研究了同步开关分流电路的抑振效率与其电感的取值及开关的持续闭合时间之间的关系,实验证明了开关的最佳闭合时间为1/2振荡电路周期,而当电路振荡频率与结构振动频率比值间于10～50时,所对应的电感取值为其最佳取值范围。     

采用半主动TMD的建筑结构振动控制研究

为了改善在建筑结构中采用调频质量阻尼器（简称TMD）进行抗震时抗震效果不稳定和抑制频带窄等缺点，研究了变阻尼半主动调频质量阻尼器（简称STMD）。为了使阻尼变化容易实现，在设计激励力时采用了阶跃函数方式；同时还考虑到变动阻尼应在一定范围内进行的特点，提出了含约束的结构振动半主动控制方案；在控制策略方面，考虑到地震的随机性，引入了广义预测控制方法。从实例分析可知，采用STMD可以使设计质量、刚度和阻尼值分别下降约30％，90％，90％。计算仿真结果表明，采用STMD的抗震效果比TMD要好得多。     

采用压电陶瓷元件进行智能板振动控制

将分布的压电传感器／驱动器运用于智能板结构的主动减振控制中,分布的压电传感器能感知结构的局部应变状态,并通过控制回路反馈给驱动元件,构成闭环控制。建立了智能板闭环控制的分析模型,揭示在应变率反馈下,主动控制的机理是增加了结构的阻尼。用两对压电陶瓷元件仿真了柔性板的闭环控制,获得了令人满意的结果。     

压电结构一体化振动控制

提出一种新的方法对压电结构进行一体化振动控制。压电结构由基体和多个压电层组成,选择某些压电层接入协调电路,把机械能转变为电能耗散,进行被动控制;同时,对某些压电层加负反馈控制进行主动控制,从而实现对压电结构进行一体化控制的目的。     

振动半主动控制技术的进展

综述了振动半主动控制技术的新进步,介绍了可控减振环节、控制策略等方面的发展,给出了一些已获得实验支持的结果,并指出了该领域今后值得关注的一些问题。     

磁悬浮支承振动半主动控制设计与仿真

利用DSP作为控制算法的核心器件,搭建了半主动减振系统,并将其应用于双层隔振系统中。通过调节PID控制器参数,改变电磁力从而获得系统的最佳刚度和阻尼。针对磁悬浮支承双层隔振系统的非线性和工作过程的复杂性,利用Simulink在非线性控制系统领域的仿真优势,建立磁悬浮支承的数学模型,将模糊控制、神经元控制分别和PID控制相结合进行仿真对比,仿真实验表明,神经元PID控制的动态性能和稳定性最佳,为磁悬浮浮筏隔振系统进行变刚度变阻尼控制提供可遵循的依据。     

基于磁流变阻尼器的铁道车辆结构振动半主动控制

在建立铁道车辆柔刚体系统垂直动力学模型的基础上,应用独立模态空间控制理论和最优控制理论,对影响车辆垂直运行平稳性的车体低阶弯曲结构振动和浮沉、点头等刚体振动进行控制。根据铁道车辆悬挂系统的特点,提出采用磁流变阻尼器作为作动器,以降低车体垂直加速度进而改善运行平稳性为目标的半主动控制策略,来实现在性能改善和能量消耗之间的协调,在ADAMS和Matlab/Simulink?环境下,应用机械系统和控制系统联合仿真技术,对采用半主动控制策略的整车性能进行仿真研究。仿真结果显示该半主动控制策略能较好地抑制车体第一阶弯曲模态的结构振动,并可改善车辆运行平稳性,针对铁道车辆系统的磁流变阻尼器在设计上是可行的。     

半主动直接输出反馈变结构控制电流变阻尼器减振研究

针对多层结构电流变阻尼器减振系统运动状态难以完全实时测量、扰动存在不确定性、系统参数容易出现摄动以及阻尼器连续可调的特点,提出了半主动直接输出反馈变结构控制策略,根据滑模运动方程稳定的Hurwitz判据选择滑模梯度参数,实现控制与扰动完全解耦;饱和非线性环节使阻尼器阻尼力不超调;阻尼力对主结构做负功控制规则保证主结构最佳减振。仿真分析表明,电流变阻尼器减振控制系统效果明显,不仅对扰动具有自适应性,而且对系统参数摄动也具有很强的鲁棒性。     

分布参数压电层合梁的振动主动控制

建立了悬臂梁上粘贴一段压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程,定义了压电层合梁的压电消耗功率,并针对悬臂梁这一分布参数控制系统,提出了确保控制系统闭环稳定的设计方法。最后通过数值算例证明了该方法的有效性。     

悬臂梁非线性振动的压电分阶最优控制

提出非线性的分阶最优控制策略,并将其应用于悬臂梁非线性振动的压电减振控制.建立悬臂梁非线性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.将梁振动挠度和压电驱动器的控制电压同时展开为小参数形式,利用摄动法实现非线性压电控制微分方程的线性化.通过空间解耦,得到状态空间方程.设计非线性分阶控制器,对该减振系统进行分阶最优控制.     

车辆半主动悬挂开关控制特性的研究

研究了车辆半主动悬挂在速度反馈开关控制模式下的控制规律及系统幅频特性。通过仿真计算,对不同阻尼控制规律下系统的幅频特性进行了对比;分析了在单自由度半主动悬挂模型中的开关颤振现象及其原因;提出了以减振器的相对速度为反馈信号的能避免颤振的控制规律,简单且易于实现。     

汽车半主动悬架的多目标优化设计

提出了一种多目标优化设计汽车半主动悬架的方法,以车身加速度和轮胎动力的积分作为优化设计目标,选择阻尼系数、半主动阻尼控制逻辑、采样频率作为优化参数,利用德国宇航院(DLR)开发的控制系统的分析设计软件(ANDECS)对二类半主动阻尼器(即开关型和连续型)进行了研究,以一个受半正弦波激励的四分之一汽车模型为例比较各类被动、半主动和主动悬架的减振效果,证实本设计算法的减振效果。     

压电微动工作台的位移复合控制

为解决稳态精度和稳定性之间的矛盾,提高压电陶瓷执行器的控制性能,进而提高其驱动的微动工作台的定位精度,构造了一种前馈补偿同反馈调节相结合的复合控制算法。其中,前馈补偿为基于压电陶瓷执行器迟滞非线性模型的前馈控制,通过自学习算法来实现,用来补偿压电陶瓷执行器的迟滞非线性,提高对参考位移信号的跟踪能力;反馈调节为PID反馈控制,用来进一步校正前馈补偿没有消除的偏差以及由模型的不确定性所引起的误差,且为了减小积分饱和作用以及微分对扰动的敏感性,对PID算法进行了改进,使之成为一种变系数积分与加权微分的PID算法。试验验证了该算法的有效性,并将该算法同其他控制算法——开环控制、前馈控制、PID 反馈控制进行了对比试验研究,结果表明,复合控制算法比其他控制算法具有更好的性能。     

SEMI-ACTIVE CONTROL OF VEHICLE SUSPENSION WITH MAGNETO- RHEOLOGICAL DAMPERS PART Ⅱ—EVALUATION OF SUSPENSION PERFORMANCE

The design and analysis of an intelligent vehicle suspension with MR dampers should address hybrid semi-active control goals, such as rejection of current-switching discontinuity and MR-damper hysteresis, asymmetric damping from the symmetric MR-damper design, robustness on the vehicle operation parameter uncertainties and consideration of essential multiple suspension goals. Following the proposed skyhook-based asymmetric semi-active controller （Part I ） for achieving the above goals, herein, a set of suspension performance measures and three kinds of varying amplitude harmonic, rounded pulse and really measured random excitations are systematically defined, and the sensitivity of quarter-vehicle MR-suspension performance to variations in operating conditions is thoroughly analyzed. The results illustrate that the proposed skyhook-based semi-active MR-suspension in the asymmetric mode yields relatively superior dynamic responses to meet the multiple suspension performances of ride, rattle space, road-holding and dynamic tire force transmitted to the pavement, and has desirable robustness on variations in operating conditions of vehicle load and speed and the road roughness.     

基于磁流变减振器的汽车半主动悬架非线性控制方法

考虑磁流变减振器阻尼力和悬架弹性元件非线性特性,建立车辆半主动悬架非线性动力学模型。应用微分几何非线性控制,经过适当的非线性状态和反馈变换,实现半主动悬架非线性系统的精确线性化,并对系统实施非线性状态反馈控制;根据预定的控制目标及模糊控制策略调节控制参数,设计模糊控制器,对悬架系统进行了控制仿真研究;利用神经网络模式识别能力对输入数据处理辨别,设计控制网络层,从而达到提高悬架工作性能,改善汽车行驶舒适性的目的。将三种非线性控制方法的仿真结果进行分析比较表明:经模糊控制或神经网络控制后的悬架承受的冲击响应小、振动强度低,比微分几何控制能获得更优异的性能。     

轴向运动弦线横向振动控制的自适应方法

对轴向运动弦线和作动器组成的耦合系统的横向振动控制进行研究。此系统被作动器分成未控和受控两部分,通过作用在作动器上的控制力对受控部分进行主动控制。分析未控弦线的横向振动的有界性。采用Lyapunov 方法获得自适应控制规律,并证实受控弦线横向振动的渐近稳定性。在初始扰动和激励力作用下,通过数值仿真证实控制规律的有效性。