馈能型磁流变减振器磁路设计与特性研究

为提高馈能型磁流变减振器的集成性,降低磁路互相干扰,提出了一种馈能式磁流变减振器结构。应用Maxwell软件建立馈能电机二维仿真模型,分析该结构的馈能特性;搭建减振器活塞1/2二维有限元模型,分析活塞结构参数对阻尼通道磁场的影响,并对活塞进行改进;开展了减振器特性试验。结果表明:改进结构馈能电压最大值为1.141 V,馈能电机对阻尼通道的磁感应强度影响仅为0.14%,影响极小;减振器的特性试验值与仿真值基本吻合,曲线圆润饱满,减振效果好。     

汽车电动静液压主动悬架联合仿真研究

针对传统悬架的刚度和阻尼不能随汽车行驶状况变化而调节的弊端,将航空领域先进的电动静液压作动器(electro-hydrostatic actuator,EHA)技术应用于汽车悬架控制,设计了基于EHA的电动静液压新型主动悬架结构。与传统采用各类阀件的液压伺服车辆主动悬架相比,EHA主动悬架结构简单、可靠性高。利用AMEsim建立了二自由度EHA主动悬架模型,该模型主要由簧载质量、非簧载质量、路面输入、弹簧和EHA作动器构成。同时,利用Matlab/Simulink软件设计了EHA主动悬架地棚控制器和线性二次型(LQG)最优控制器。将AMEsim模型导入Matlab/Simulink中,开展了EHA主动悬架的地棚控制和LQG控制联合仿真研究。仿真结果表明,相比地棚控制,LQG控制效果较好,车身加速度降低26.2%,悬架动挠度降低19.8%,轮胎动载荷降低18.4%,很大程度上改善了汽车的平顺性和操纵稳定性。     

STMD对高层建筑地震响应的控制

为了控制高层建筑的地震响应,消除控制机构驱动时产生的“时滞”现象,提出了由MR阻尼器构成的半主动控制系统STMD。根据MR流体剪切屈服强度与磁场强度同向变化的磁流变效应,通过外加磁场的变化来改变MR阻尼器的阻尼力,以实现对ITMD控制力的调节。根据瞬时最优控制的原则,采用了基于Hrovat控制律和“开关”控制律的改进的半主动控制策略,对MR阻尼器的参数进行调节。对一栋8层框架结构进行仿真分析,计算结果表明,STMD能够有效地减小高层建筑的地震响应。     

可变刚度和阻尼的半主动悬架系统建模及性能仿真

在野外作业工程车二自由度悬架模型的基础上,采用一种新型的悬架模型为研究对象,通过调节模型中的阻尼来实现悬架刚度和阻尼的同时可调。建立了采用5种不同开关阻尼控制方法的半主动悬架模型,以及被动悬架和主动悬架模型,分别以正弦输入和白噪声输入作为路面输入激励,在MATLAB中建模并仿真。仿真结果在幅频响应和时频响应特性两个方面都优于被动悬架,与主动悬架控制效果相近,得出开关阻尼控制方法能有效地改善车辆平顺性的结论。     

空间桁架模型压电摩擦阻尼器半主动优化控制

基于压电材料的逆压电效应,将压电陶瓷驱动器与被动摩擦阻尼器结合,设计了一种新型压电摩擦阻尼器,通过施加电压来改变摩擦片间的滑动摩擦阻尼力,从而实现结构的实时半主动控制。分析了该阻尼器的工作原理和构造方法,推导了相应的阻尼力模型。采用遗传算法对空间桁架模型结构进行了不同数量下压电摩擦阻尼器布置位置的优化研究,并利用基于线性二次型经典最优控制(LQR)算法的半主动控制策略,分析了不同数量压电摩擦阻尼器在随机布置和优化布置下对结构地震反应的控制效果。结果表明,新型压电摩擦阻尼器对空间桁架模型结构的地震反应有较好的抑制效果,采用遗传算法进行阻尼器优化布置后,最大控制效果可达57%,相比随机布置阻尼器时控制效果可提高近8%。     

主动悬架LQG控制及其液压参数研究

针对忽略作动器实际动作及液压系统参数造成目前的主动悬架模型精确性低的缺陷,结合液压原理,建立包含液压系统参数在内的主动悬架模型。通过分析LQG控制的原理及优点,确定车身加速度、悬架动挠度、车轮动位移的加权系数矩阵,以实现主动悬架的LQG控制。将SIMULINK仿真结果与被动悬架、主动悬架PID控制进行对比,并通过LQG控制模型及被动悬架模型,对系统进行频域分析。以LQG控制仿真试验为基础,对主动悬架耗能进行了研究。结果表明,包括液压系统参数在内的主动悬架LQG控制优化了传统主动悬架模型,车身加速度及车轮动位移参数较PID控制降低了40%以上,可提高车辆的操纵稳定性和乘坐舒适性,特别是在系统的一阶固有频率处,拥有更好的减振效果。能耗仿真计算结果表明,选用衔铁质量小、衔铁组件刚度小的比例电磁铁,可以有效降低系统耗能30%以上,但减振效果会有所降低。     

自适应张弦梁结构的性能分析与设计

自适应张弦梁结构是可根据外部荷载变化调节结构中的预应力实现对结构受力状态控制的智能结构.本文通过结构控制分析,研究该类结构的性能随几何构形、构件截面特性和作动器工作性能等三类设计参数的变化规律.分析结果表明:增大垂跨比、作动器数量、作动器工作行程或减小梁弦刚度比均能够减小自适应张弦梁结构上弦梁的应力和位移,其中作动器的数量和工作行程影响最大;作动器数量和工作行程对上弦梁位移的影响大于对应力的影响,而垂跨比和梁弦刚度比的影响则相反.在结构性能研究的基础上,提出适用于自适应张弦梁结构的优化设计方法.     

采用ER阻尼器作斜拉索半主动振动控制的试验研究

提出了基于ER/MR阻尼器的半主动控制算法对斜拉索进行振动控制,并进行了振动控制试验。该算法建立在离散时间系统的基础上,并考虑了EP/MR阻尼器的力学特性而发展起来的,因此具有很大的应用价值。首先通过模态降阶的理论,减少了系统的自由度数目,使系统更易于控制。在阻尼器采用Bingham模型的半主动控制策略的基础上,应用更符合阻尼器实际力学特性的双粘性模型,提出了相应的改进办法。然后在试验室建立了缩尺比为1∶12的一根12m长的斜拉索试验模型,考虑到ER阻尼器与MR阻尼器具有相似的力学特性,选用ER阻尼器作为作动器,完成了斜拉索半主动振动控制的试验研究,并与理论结果进行了比较,两者吻合良好。     

不锈钢复合芯板剪切型摩擦消能器试验研究

为了解决传统摩擦消能器性能不稳定、价格昂贵等问题,研发了一种以双面不锈钢复合钢板为芯板的剪切型摩擦消能器。该消能器由复合钢板的不锈钢复层与石棉摩擦片组成耗能摩擦副,通过碟形弹簧和预压螺栓调节滑动摩擦面承受的面压力。提出了消能器极限位移、极限荷载和面压力等试验关键指标的计算方法。对3个消能器进行低周往复加载试验,考察其滞回曲线、耗能能力、极限破坏特征及疲劳性能。结果表明：采用不锈钢复合芯板的剪切型摩擦消能器构造合理,滞回性能稳定,耗能能力良好,抗疲劳性能优异。设计位移幅值下累积加载90次,消能器承载力不下降,滞回性能稳定。低周疲劳作用下芯板不同材质复合界面性能可靠,不锈钢复合板可用作摩擦消能器的芯板。     

基于最大熵谱法的结构风振反应控制策略

在半主动控制策略 主动变刚度 (AVS)的基础上 ,提出了一种新的对高层建筑风振反应的半主动控制策略。方法是在很小的时间段中风荷载信号的主频率及其幅值可在线预测的条件下 ,利用短时最大熵谱分析给出各小时间段中的频率、幅值和时间的三维关系 ,因此能准确给出变频信号在较短时间序列中的时频信息 ,进而提出主动变刚度体系的频率控制算法。仿真分析表明 ,该方法简单直观 ,并且可以与常规的抗风设计结果进行直接的比较 ,而且鲁棒性能好 ,在线计算量很小 ,该方法已经成熟 ,能有效的控制高层结构在风振作用下的位移反应 ,因此工程实际应用前景非常光明。