非线性-线性联合减震控制方法频谱特性分析

非线性质量阻尼器和线性质量阻尼器相联合的结构控制方法将非线性能量阱(nonlinear energy sink,简称NES)和调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)的特点集中于一个或一组装置中,使其在具有较高减振性能的同时兼备较强的鲁棒性能。为研究单质量联合阻尼器和双质量联合阻尼器的减震性能,在某8自由度主体结构顶层分别附加各类控制装置,包括单联、双联、TMD和NES,并在脉冲型荷载作用下对各控制装置进行参数优化,考察其能量鲁棒性和频率鲁棒性。在地震作用下进行减震效果对比和频谱特性分析,得出在反应谱曲线呈斜坡型时,带有非线性特点的控制方法减震性能相对TMD较好。综合输入能量和频率变化两方面因素,非线性-线性联合控制方法减震性能更优越。     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

具有调谐惯容阻尼器的建筑结构减震设计

为提升传统调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)应用的方便性,提出利用调谐惯容阻尼器(tuned inerter damper,简称TID)对结构进行减震控制,推导了基底白噪声激励下建筑结构的TID最优阻尼参数和最优刚度参数的解析式以及无阻尼的位移方差解析式。分析表明,TID最优参数与其安装的相邻楼层振型坐标差的平方有关,该值越大,控制效果越好。通过3个均匀结构和1个12层的非均匀结构模型分析表明:TID对中低层结构的控制效果较好,且对高阶振型控制优势明显;TID-TMD混合控制方案在地震作用下的控制效果更明显,优于TID,且总体上与多重TMD控制效果相近;TID-TMD仅需在顶层安装TMD,其余楼层安装TID,减少了多重TMD控制高阶振型带来的空间占据、安装不便、质量过大等问题。     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

Barge平台漂浮式风力机动态响应及稳定性控制研究

将调谐质量阻尼器(TMD)配置于漂浮式风力机机舱或塔架可提高其整体稳定性,但加剧了塔基疲劳载荷.为此,在平台内部配置TMD进行减振控制,以ITI Barge平台为研究对象,建立漂浮式风力机动力学模型,研究塔顶前后和侧向位移随TMD质量、阻尼及安装位置的变化规律,采用多岛遗传算法求得最优TMD参数,对比分析风波载荷作用下无TMD控制、机舱TMD控制及平台TMD控制对漂浮式风力机动态响应特性的影响.结果 表明:塔顶前后和侧向位移随平台TMD参数变化较为显著,当位于相同位置处TMD质量和阻尼较大时,塔顶前后和侧向位移明显减小;平台TMD质量和阻尼不变时,塔顶前后和侧向位移随TMD位置升高逐渐减小.风波载荷作用下,TMD对漂浮式风力机动态响应控制效果较为明显,但各部位控制效果不同,塔顶侧向位移、平台横摇角及塔基横摇弯矩控制效果最为显著.此外,较之机舱TMD控制,平台TMD控制时漂浮式风力机稳定性更好.     

双调谐液体柱形阻尼器及其基本动力性能

借鉴被动调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)和调谐液体柱形阻尼器(tuned liquid column damper,简称TLCD)各自的优缺点,结合土木工程结构减震装置的经济性和适用性,提出了一种双调谐液体柱形阻尼器(doubly tuned liquid column damper,简称DTLCD),建立了简谐激励作用下单自由度DTLCD控制体系(DTLCD-SDOF)的运动方程,推导了其动力反应放大系数。提出了针对DTLCD的调优策略及优化评价函数,通过相关算法获得DTLCD-SDOF系统的参数优化程序,并利用该程序得到了DTLCD的最优参数。具体分析了不同参数对DTLCD共振峰值和调频宽度的影响,并对阻尼器阻尼参数或受控结构频率发生变化后DTLCD的鲁棒性进行了评价。对DTLCD,TMD,TLCD及DTMD的有效性和鲁棒性进行了对比分析。理论与数值研究结果表明,DTLCD的控制效果明显优于TMD和TLCD,与DTMD效果相同,并且在主结构频率的摄动方面拥有更佳的鲁棒性。事实证明,DTMD比TMD和TLCD更具工程适用性。     

自动线机械手位置高速并联控制技术研究

为了提高自动线机械手的控制稳定性,需要进行机械手位置的高速并联调节控制。针对传统的反演控制算法存在输出误差大的问题,提出一种基于变结构比例-积分-微分(PID)模糊控制的自动线机械手位置高速并联控制算法。构建自动线机械手位置高速并联控制对象模型,进行控制约束参量分析,采用扩展卡尔曼滤波算法进行位置参数调节和融合处理,以提高参数的整定性,采用自适应的变结构模糊PID算法进行自动线机械手位置高速并联控制律设计,结合Lyapunov函数进行稳定性分析。实验结果表明,采用该算法进行自动线机械手控制稳定性较好,输出位置参数的误差较低,具有很好的控制稳健性。     

基于递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的车辆状态估计

针对汽车状态估计中模型参数的变化和观测噪声的时变特性,提出了递推最小二乘法与模糊自适应扩展卡尔曼滤波相结合的汽车状态估计算法。为实现模型参数与观测噪声的实时更新,建立了基于三自由度非线性车辆动力学模型的算法,首先利用递推最小二乘法对汽车的总质量进行估计,其次建立了模糊控制器对扩展卡尔曼滤波的观测噪声进行实时跟踪。在搭建的CarSim与MATLAB/Simulink联合仿真平台中验证了该算法的有效性,结果表明该算法估计精度高于传统扩展卡尔曼滤波算法,研究结果为汽车的主动安全控制提供了理论支持。     

基于扩展卡尔曼滤波的车辆参数辨识

在车辆动力学控制中,动力学参数的准确性会严重影响车辆控制的安全性与稳定性,因此在对车辆进行动力学控制前必须对其动力学模型进行参数辨识。对车辆的纵向和侧向的动力学建模,考虑实际传感器的测量噪声与控制器计算频率,采用扩展卡尔曼滤波算法对纵向动力学参数整车质量和横向动力学参数前后轴等效侧偏刚度进行实时在线辨识。通过MATLAB/Simulink-Car Sim联合仿真分析验证了扩展卡尔曼滤波算法对于参数辨识的有效性,得到了车辆质量、车辆等效前后轴侧偏刚度的在线辨识结果,并基于NI实时平台验证了算法的实时性。     

利用自适应卡尔曼滤波实现光电跟踪中的复合控制

为了在光电跟踪控制系统中实现复合控制以提高跟踪精度,构建了基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制结构。首先,利用跟踪脱靶量数据和仪器位置数据合成目标角位置数据;然后,利用模型自适应卡尔曼滤波算法对目标角位置数据进行滤波估计以获得目标角速度信息;最后,将目标角速度信息前馈到速度回路,从而构成复合控制系统。实验结果表明:采用复合控制结构后,目标跟踪精度提高了50%。基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制技术能够在保持原反馈控制系统稳定性的条件下提高跟踪精度。     

调谐质量阻尼器参数优化及其应用

在分析调谐质量阻尼器（Toned Mass Dampers，简称TMD）减振原理以及TMD参数对主结构振动特性影响的基础上，得出了TMD参数优化的理论依据，进而采用改进的单纯形法计算出优化的TMD参数值，并通过在桥梁振动控制中的应用，说明了所得出的TMD优化参数对于小阻尼既有结构进行振动控制是非常有效的。     

基于参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制

为了实现对内置式永磁同步电机的高效准确控制,解决电机运行过程中参数变化对控制性能的影响,提出了一种基于在线参数辨识的内置式永磁同步电机最大转矩电流比电流预测控制方法。根据内置式永磁同步电机的转矩特性对最大转矩电流比的d-q电流最优关系进行化简以便于工程计算;并针对电机参数变化对最大转矩电流比工作点偏移的影响进行了分析。同时,对MTPA算法影响较大的关键参数q轴定子电感,转子永磁体磁链进行基于参考模型的自适应辨识,以确保实时的最优d,q轴电流分配。在得到准确辨识的参数和最优电流指令的基础上进行电流的鲁棒预测控制,使实际电流更快地跟踪指令,提高系统的动态性能。实验结果表明q轴定子电感,转子永磁体磁链在线辨识的误差分别小于3%,3.5%,收敛时间小于20 ms;电机能有效跟踪最大转矩电流比工作点,电流响应时间小于30 ms,能够满足内置式永磁同步电机系统稳定可靠、高效快速等运行要求。     

自适应TMD减振性能试验

为改善目前工程中应用的调谐质量阻尼器(tuned mass damper,简称TMD)对频率敏感和频率难以调节的缺点,提出了一种自适应TMD,由可变质量块、弹簧、伺服控制系统、驱动系统和阻尼器组成。其中,伺服控制系统由一个加速度传感器和一块单片机电路板组成。在环境激励下,单片机电路板接收位于主结构上的加速度传感器传来的信号,利用短时傅里叶变换识别得到主结构的第1阶自振频率,并自发启动驱动装置改变TMD的质量,以调节TMD的频率与识别得到的主结构频率一致。通过人行桥模型试验验证了自适应TMD的可行性、可靠性和有效性。试验结果表明,自适应TMD能准确识别模型结构的竖向一阶自振频率,并通过调节质量重新调谐自身频率,与识别得到的频率相同。自由衰减振动试验和受迫振动试验表明,与启动调节前的失调TMD相比,启动调节后的谐调TMD能够提高模型结构的等效阻尼比,降低其加速度响应峰值和均方根值。     

无偏差最小二乘法伺服控制系统参数辨识

为准确辨识伺服控制系统参数,针对高性能运动控制算法的要求,在分析典型伺服控制系统结构模型基础上,基于“库仑摩擦+黏性摩擦”模型,设计了无偏差最小二乘方法,研究其在“工控机+运动控制卡”数控系统平台上的实现方法。实时采集电机角速度数据,利用设计的方法估算伺服系统转动惯量、黏性摩擦和库仑转矩,通过角速度重构,对比理论计算和实际测量角速度,验证参数辨识的有效性和准确性。理论分析和实验结果表明,所设计的参数辨识方法能够准确辨识系统参数。     

静偏心对挤压油膜阻尼器转子抗振性能的影响及控制方法

研究了静偏心对挤压油膜阻尼器减振与转子抗振性能的影响。结果表明,随着静偏心增大,阻尼器的减振性能先增强再减弱,而转子抗振性能则大幅下降。分析了引起阻尼器静偏心的原因,并根据各因素的特征提出了控制方法。采用预置偏心,合理的结构、工艺设计有利于控制转子自重与设计、加工装配引起的静偏心。采用较小的设计偏心比,有利于提高机动条件下阻尼器转子的抗振性能。     

烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究

针对高塔设备风诱导振动的实际问题,提出采用调谐质量阻尼器（TMD）对其进行被动控制。以某烟气脱硫塔为例,运用数值仿真技术,首先通过模态分析获得结构的自振特性,然后利用谐响应分析研究调谐质量阻尼器控制效果随其参数变化的一般规律,并应用更为精确的时程分析法对减振前后高塔设备的风诱导振动情况进行了对比分析。研究结果表明：质量、频率比及阻尼比对控制效果有重要影响,应对其进行优化。参数优化后,塔顶的最大振幅减小了89．4％,减振效果十分显著。     

卧式加工中心早期故障严重度分析及可靠性保证措施

通过卧式加工中心早期故障试验，找出其早期故障模式，进行早期故障严重度分析。经过指标评判、等级参数评判计算出各故障模式与故障部位的严重度，进而得到对卧式加工中心功能影响较大的故障模式及故障部位。有针对性地提出可靠性改进建议和可靠性保证措施，降低加工中心在使用过程中发生故障的频率，提高其使用可靠性。     

弹性支承索参数识别方法

为了准确识别索参数,提出了采用有限单元法和系统参数识别技术相结合进行索参数识别的方法。考虑索的垂度、抗弯刚度、弹性嵌固和弹性支承等因素建立有限单元模型,采用反映出索非线性振动特性的轴力的梁单元模拟索。利用索特征值关于模型参数的灵敏度矩阵,建立了参数识别的理论/试验频率差与模型参数之间的关系式。该方法基于实测频率,通过迭代可以同时识别拉索索力和抗弯刚度。数值算例和试验验证了该方法的准确性和实用性。     

梁结构碰撞位置的定量诊断方法

针对机械设备中广泛存在的各种梁结构常因振动等原因与外界发生碰撞而不能及时准确检测出碰撞位置的问题,提出了一种梁结构碰撞故障位置的定量诊断方法。基于谐波平衡理论推导出碰撞梁响应信号中高次谐波成分之间的对比关系,根据无故障系统和故障系统信号的响应之差,提取某一高阶谐波分量,结合梁结构系统的有限元模型来诊断碰撞故障的具体位置。对悬臂梁和复杂梁结构的数值仿真和实验结果显示,该诊断方法能够准确判断梁结构的碰撞故障位置。通过改变未知参数的实验表明,该方法具有较好的稳健性,不需要大量的先验数据,仅用两个测点的响应数据就可以诊断出故障的准确位置,简单又便于实现在线诊断。