部分状态反馈的主动利用时滞补偿方法

时间滞后是结构振动主动控制系统中普遍存在的现象,时滞不仅会降低控制系统的性能,严重时会造成系统失稳、控制发散.常规时滞补偿方法大多是将时滞作为一种危害进行消减,而今提出了一种基于速度反馈的主动利用时滞的补偿新方法.研究分为以下三方面内容:首先以理论分析为基础,提出了基于速度反馈的主动增加时滞的补偿新方法;其次,结合大量仿真结果定性分析了主动控制算法的参数影响规律;最后,以单层剪切型框架结构为被控对象,进行了多种输入激励下基于速度反馈的主动增加时滞补偿试验验证.大量仿真分析和试验结果表明所提方法能够在保证系统稳定性的同时获得一定可观的控制效果.     

软弹簧Duffing系统的安全盆侵蚀及其时滞位移反馈控制

对一个软弹簧Duffing系统引入线性时滞位移反馈,研究时滞反馈系统安全盆侵蚀的控制作用。首先通过Melnikov函数法分析了时滞受控系统的安全盆的边界分形条件。发现在弱反馈下,时滞反馈的增大能够提高安全盆边界分形的激励振幅阈值,抑制安全盆的侵蚀。并利用时滞系统无限维初始空间向有限维欧式空间投影的思想给出时滞反馈系统安全盆的定义。再以时滞量为变参数,运用四阶Rung-Kutta方法和点映射方法研究了时间滞后对受控系统安全盆的影响规律。发现在一定的时滞变化范围内,通过增大时滞,可以有效抑制系统的安全盆侵蚀。数值仿真结果与定性分析的一致性证明了理论预测的有效性。该研究结果说明时滞位移反馈是控制系统的安全盆侵蚀的有效策略。     

含时滞振动主动控制系统地震响应的数值分析

本文采用精细积分方法计算了时滞受控系统在地震作用下的动力响应,得到在不同反馈增益下随时滞量变化的系统地震响应峰值分布。分析了在小时滞范围内随时滞量变化和反馈增益在不同的取值下对系统响应的影响,结果表明时滞对系统控制效果的影响程度随反馈增益的增大而增大,当时滞较大时,采用较小的控制增益控制效果较好,当时滞较小时,采用较大的控制增益可以获得更好的控制效果。本文结果可用于设计考虑时滞影响的结构振动主动控制算法。     

压电耦合悬臂梁的时滞反馈控制及稳定性分析

基于加速度&;#61485;时滞闭环反馈控制策略,建立压电耦合柔性悬臂梁的动力学模型,通过运用模态分析和对系统自由振动的平凡解的分析,建立了在考虑压电耦合作用和反馈时滞条件下的系统稳定性条件和分析方法,并给出了具体算例;进一步的算例分析表明,时滞的不合理忽略有可能导致系统响应发散,而合理的时滞量也可用以提高振动控制的效率     

陀螺系统的受迫振动及其时滞反馈控制

对简谐激励下陀螺系统的受迫振动及其在含时滞的位移和速度反馈控制下的动力学行为进行研究。利用拉格朗日方程,建立了两自由度陀螺系统的运动微分方程。考虑主共振和1:1内共振的情况,采用平均法得到了平均方程。通过对平均方程进行化简,得到了关于系统振幅的分岔方程,分别讨论了各个参数对系统振幅的影响。根据奇异性理论,分析了参数变化对系统分岔行为的影响。对受迫陀螺系统施加含时滞的位移和速度反馈控制,讨论了反馈增益和时滞对系统振幅的影响。     

磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法

提出一种泰勒级数-LQG控制方法进行磁流变半主动悬架时滞补偿控制。该方法利用泰勒级数对LQG控制求取的理想控制力进行时滞补偿,以使磁流变减振器的实际输出力逼近理想半主动控制力。在解析直接结合泰勒级数的LQG控制不能正常工作原因的基础上,提出了一种实用的泰勒级数-LQG控制设计方法,使得LQG控制结合泰勒级数之后LQR函数能够顺利运行。针对时滞较大时泰勒级数对控制的放大现象,并考虑到磁流变减振器性能和成本之间的平衡,以满足99%的减振控制要求确定磁流变减振器库伦阻尼力的幅值。以Smith Predictor-LQG(SLQG)控制方法为比较对象,通过仿真实例验证了泰勒级数-LQG控制方法具有良好的磁流变半主动悬架时滞补偿效果。     

装有MR阻尼器的转向架动力系统的时滞输出反馈控制

建立了六自由度转向架模型,研究转向架动力系统的时滞输出反馈控制,通过部分可测输出量实现整个系统的振动控制.将系统的运动微分方程改写成状态空间模型,其控制输入中存在时滞.然后,利用一个线性项加积分项的变换将原时滞输入系统转化成无时滞的形式.在此基础上,应用输出反馈原理和合理的性能指标函数,以开关控制策略为依据设计了系统的时滞半主动控制律.最后,以一个具有典型参数的转向架模型为例来阐明所提出的控制策略的应用步骤.数值结果表明:所设计的时滞半主动控制策略是有效的.     

时滞微分方程特征值的近似求解方法

通过将时滞微分方程变换为积分方程后并进行离散,得到相应的差分方程,从理论上建立了差分方程的系统矩阵的特征值与原线性时滞微分系统的特征值之间的关系,从而得到了一种求解时滞微分方程特征值的新方法。作为算例,计算了时滞的Logistic方程的前10阶特征值。误差分析表明,提出的近似方法不但简单,并且有很高的精度。     

基于最小二乘支持向量机的结构地震响应时滞控制算法

针对时滞会导致控制系统效果降低、控制性能恶化甚至系统不稳定,将线性二次型控制（Linear Quadratic Regulator,LQR）与最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machines,LSSVM）进行集成,提出时滞LSSVM-LQR智能控制算法。该算法采集结构状态响应数据后,将用LQR算法计算出的结构最优控制力输入到LSSVM中,以训练并回归预测出时滞后时刻的最优控制力;由作动器对结构提供控制。基于MATLAB平台编写计算程序,并用一幢三层框架结构进行数值验证。结果表明,LSSVM-LQR算法能有效降低时滞对结构控制系统的不利影响。     

基于ERA模型辨识的H∞振动主动控制试验研究

针对外扰作用下的尾撑式风洞测力模型进行H_∞鲁棒控制试验研究。采用ERA算法(Eigensystem Realization Algorithm)进行模型辨识,可直接获得受控系统动力学方程。为保证系统的稳定性和鲁棒性,结合H_∞混合灵敏度优化方法设计控制器,实现受控模型垂向前两阶模态的振动控制。试验结果表明,结合ERA辨识模型设计的控制器能够有效抑制模型振动,能够将前两阶振动幅值抑制到无控制时的10%以下。     

具有时滞反馈控制的非线性主动悬架系统的稳定性、分岔和混沌

研究了具有时滞反馈控制的非线性主动悬架系统模型,该模型考虑了悬架弹簧和阻尼的非线性特性。运用广义Sturm准则推导了时滞无关稳定区域的临界增益和稳定性开关的临界时滞。在不同稳定性区间内选取参数组合进行数值模拟,验证理论分析的有效性。在动力学方程的基础上,利用分岔图、庞加莱映射图和时域图,研究了在路面激励下的悬架系统的非线性动力学行为。结果表明,在增益系数和阻尼系数g~ζ1平面内存在一个小的参数区间来实现时滞无关稳定性,并且区间范围随着悬架阻尼系数的增加而增大。当受控系统不具有时滞无关稳定性时,系统会随着时滞的变化而发生稳定性切换,这些稳定性开关对应时滞跨越临界值时发生的Hopf分岔。数值仿真验证了理论分析的正确性。时滞作为分岔参数,观察到系统由准周期运动通往混沌运动的途径:准周期环面破裂。     

输出时滞控制系统稳定性分析及控制器设计

考虑滤波器时滞对受控系统的影响,研究受控输出时滞系统的稳定性能。根据稳定性切换理论,确定多自由度受控系统的稳定时滞区域。经过分析获得受控系统脉冲响应衰减时间接近最短时的时滞量,在此基础上采用时滞引入法和滤波器设计法进行控制器设计。结合悬臂梁模型进行数值分析,结果表明:根据时滞系统稳定性分析设计的控制器能够使受控系统脉冲响应衰减速度提高80%以上,有效改善系统的控制效果和稳定性能。     

基于端点检测的精确时延提取方法及其定位精度分析

针对脉冲声源定位中时延误差大的问题,提出了一种基于端点检测的精确时延提取方法.该方法首先对信号进行滤波处理和端点检测,截取有效信号段运用广义互相关法估计时延,然后利用端点检测得到的信息提取出精确的时延值,最后用单纯形替换法求解声源位置.根据精确时延提取方法,设计了声源定位方案.实验证明,该方法能有效减弱非高斯白噪声和室...     

基于LMS算法的磁悬浮轴承系统振动补偿

主动磁悬浮轴承转子高速旋转时会对系统产生周期性不平衡激振力响应,此响应会降低系统的控制精度、稳定性以及限制转子速度的提高等.针对此响应对系统的影响,首先,从轴承转子机械特性及系统控制过程分析系统周期性力产生的原因;其次,以振动在系统控制过程中体现的正弦形式信号为处理对象,采用最小均方差(LMS)算法与数字PID联合控制的方法实现滤波补偿;然后,通过分析定步长LMS算法与PID参数及被处理信号的频率的相互影响,提出了一种依据转子位移信号频率变化而实时变频切换补偿的控制策略;最后通过实验台实验验证了方法的有效性,为轴承转速的进一步提高奠定基础.     

Pattern时延差编码水声定位的时延估计研究

基于Pattern时延编码体制,针对水下超短基线定位系统设计了呼叫信号的正、负调频时延编码结构,并提出利用二次互相关技术进行时延估计。该方法在一定程度上能够提高呼叫方的可检测信噪比,同时在复杂环境下对信道中包括直达波在内的多径信号能量进行累加,能够准确地完成峰值检测,进而达到提高时延估计精度的目的。海试实验结果表明二次相关法在不同信噪比条件下能有效地抑制界面反射产生的多径干扰。     

Reliability evaluation and opportunistic maintenance policy based on a novel delay time model

The delay time concept is widely adopted in literature to model the two‐stage failure process of most industrial systems which can be divided into normal stage (from new to an initial point of a defect) and defective stage (from defect arrival point to failure). Most existing delay time models assume that the normal and defective stages are independent. A generalized delay time model is proposed in this paper by considering the dependence between the normal and defective stages which is reflected in the fact that they share the same external shock process. According to the definition of shot‐noise process, external shocks will incur random hazard rate increments in the two stages. The failure state is self‐announcing, whereas the defective state can only be detected by block‐based inspection or opportunistic inspection offered by unexpected shutdown due to unavoidable external factors. The system is correctively replaced upon the occurrence of a system failure or preventively replaced at the detection of a defective state. Based on the stochastic failure model and maintenance policy, this paper evaluates system reliability performance and average long‐run cost rate via a Markov‐chain based approach. Finally, a case study on a steel convertor plant is given to demonstrate the applicability of the proposed model.     

基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道定位方法

针对直接互相关被动时延估计法定位管道异常振动事件存在噪声干扰影响定位精度的问题,提出了基于三阶累积量及自适应滤波时延估计的管道异常事件定位方法。该方法对顺、反两路异常振动信号进行三阶自累积量和互累积量估计,抑制高斯相关噪声和对称分布噪声。然后利用自适应滤波时延估计算法对三阶自累积量和互累积量信号的时延进行迭代计算,在不依赖先验知识的情况下抑制非高斯相关噪声。经现场实验证明,该方法可以准确地对管道异常事件进行定位,对噪声具有很好的抑制作用,改善了直接互相关时延估计的性能。相对于直接互相关时延估计方法,相对定位误差由2.7%降低到0.6%,定位一致性提高了三倍,平均定位精度可达14m。     

基于三次相关改进的广义互相关时延估计法在局部放电超声波定位中的研究

在现有的开关柜等电气设备局部放电超声波定位技术中,到达时间差定位法(Time Difference of Arrival,TDOA)在定位精度与技术实现等方面有着一定的优势,得到了广泛的使用,是目前常用的方法,其中的时延估计算法对整个系统起着关键作用。文章首先对目前现有的基本相关、广义相关、二次相关等时延估计算法进行了分析。其次,在二次相关基础上再进行一次相关,并设计了新型的加权函数,将三次相关与广义互相关结合在一起,成为一种新的方法,即广义三次相关时延估计法。最后,搭建了相应的开关柜实验平台并对以上方法进行了实验及对比,分析了各算法的性能。结果表明,广义三次相关时延估计法在相对强噪声环境中较其他算法抗噪性能更强,具有更好的优越性。