振动控制极点配置法改进

本文在分析常规极点配置方法的基础上，根据零点、极点对系统动态特性作用的原理，对它进行了改进。文中的分析结果表明：在前向通路引入Ｍ因子，增强了反馈结构影响闭环系统零点的能力。算例结果也表明改进算法改变了系统的零点，而极点不变，从而达到改善振动控制效果的目的。     

液压柔性机械臂运动及振动的鲁棒控制

针对液压柔性机械臂刚体运动和振动控制，本文提出了一种新的鲁棒控制器设计方法。该设计方法结合了反演控制设计方法、滑模控制理论及极点配置技术，对系统不确定性具有较强的鲁棒性。其中滑模控制主要是通过虚拟控制扭矩的设计，来实现在柔性臂端点负载不确定的情况下，对其刚体转角和柔性振动的控制；反演控制设计主要是完成系统的实际输入——液压伺服阀阀芯位移的设计；而极点配置应用于滑模平面极点的设置，获得期望的系统动态响应。基于Lyapunov稳定性理论的系统稳定性分析，证明系统跟踪误差将收敛于有限区域内。仿真实例表明了本文方法的有效性。     

一般振动系统的多输入状态反馈部分极点配置

本文讨论具有非对称阻尼、刚度矩阵的一般振动系统多输入部分极点配置问题。基于系统的矩阵二阶微分方程而非一阶状态方程形式,采用多输入状态反馈控制,使系统的部分极点得以配置,同时使其它的极点保持不变。对于该配置问题,本文给出了控制增益矩阵的一种显式解,最后用一个算例说明本文方法。     

基于DSP的桥门式起重机吊重防摇控制系统设计

介绍了桥门式起重机吊重防摇控制系统的硬件结构和系统控制策略。针对电压控制直流电机驱动的小车吊重系统,建立系统动力学方程,并进行状态空间描述。小车吊重开环系统是不稳定的,采取状态反馈控制,根据系统实际动力学参数和调节参数,将防摇控制系统极点配置在期望极点。仿真结果表明吊重摆角能在目标位置和期望时间内衰减为零,系统具有较好的稳定性和瞬间动态特性。     

压电悬臂梁的动力学建模与主动控制

为计及压电层的刚度特性,基于一阶剪切变形理论推导压电层合梁的抗弯刚度,由Hamilton变分原理建立压电层合梁的有限元模型,采用模态叠加方法对有限元模型降阶。在应变最大处配置制动器和传感器,基于鲁棒极点配置算法对低阶系统设计状态反馈,配置极点至期望位置。把针对低阶系统设计的控制器作用于原系统以实现振动主动控制。数值算例验证了这种力学建模方法和控制器设计方法的有效性。     

最优极点配置法在梁式结构振动主动控制中的应用

本文在常规极点配置的基础上,将最优极点配置方法应用于梁式结构的振动主动控制系统的设计。在评价函数中考虑观测器增益阵和反馈增益阵,使它们各自的迹之和最小。在约束中除了满足常规极点配置的观测器特征方程和受控结构的特征方程外还对系统极点的实部及阻尼进行了约束。通过一个梁式结构的算例表明该方法是可行的,设计出的系统的抑振效果是明显的。     

极点配置法在自平衡机器人中的应用

本文主要介绍了采用状态反馈极点配置法对自平衡机器人进行控制方法设计的主要过程,利用Matlab软件对自平衡机器人系统进行了多种情况下的极点配置,并对各种极点配置情况下系统的阶跃响应进行了分析对比,经过反复测试及实验最终确定了最佳的控制方法,为自平衡机器人控制方法的研究提供了一条新的途径。     

磁流变流体挤压油膜阻尼器柔性转子系统动力特性的试验研究

通过测量不同激励条件下磁流变流体挤压油膜阻尼器(magnetorheological fluid squeeze filmdamper,简写为MRFSFD)转子系统的运动轨迹和不平衡响应,研究了MRFSFD转子系统的动力特性以及MRFSFD对转子系统动力特性的可控性和对转子系统的振动进行控制的有效性.结果表明MRFSFD的动力特性是可控的,在合理选择激励磁场的条件下MRFSFD能够有效地抑制转子系统的振动.MRFSFD转子系统对激励的响应时间较长,这种阻尼器更适合对转子系统的振动进行半主动控制.利用MRFSFD对转子的振动进行分段控制可以使转子系统平稳地通过多阶临界转速.     

结构振动的电磁驱动AMD系统控制策略与试验

提出了结构振动的新型电磁驱动AM／）控制系统，基于极点配置控制算法的控制策略，进行了结构模型地震响应控制的小型振动台试验，验证了所提控制策略的有效性。首先，研究了振动台试验对象结构无控建模的相关问题，分析比较了AMD系统摩擦等效处理为线性粘滞阻尼的影响，以系统无控三自由度模型为例，结合正弦扫频试验进行了参数验证。其次，提出了基于极点配置控制算法的电磁驱动AMD系统控制策略，给出了理想的极点配置控制区域。最后，以El Centro地震波输入为例，试验比较了极点配置参数对结构振动控制效果的影响，结果表明恰当的控制策略及其参数是成功实现应用电磁驱动AMD系统控制结构振动的前提和基础。     

阻尼对摩擦力作用下转子系统弯扭耦合振动特性的影响

通过采用Lagrange方程推导出不平衡转子系统弯扭耦合非线性振动的动力学微分方程组,应用数值方法分析了在摩擦力作用下转子系统的弯扭耦合振动特性。最终通过对分叉图、三维谱图、时域曲线图、相图和Poincaré截面的分析,得到了摩擦力作用下转子系统中蕴含的各种复杂非线性动力学行为,并分析转子系统阻尼比对系统动态响应特性的影响。所揭示的振动特性为转子系统的状态识别、诊断和安全经济运行提供一定的理论依据。     

导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制

针对弹体耦合干扰力矩,摩擦力矩及参数扰动对导引头伺服系统跟踪性能的影响,基于输出多采样和区域极点配置技术,研究了导引头伺服系统的输出多采样率变结构控制,给出了确定控制器参数的方法.所设计的控制器能保证闭环系统是有界稳定的,且无需利用系统的状态作为反馈而仅利用输出采样来设计控制器,因而无须伺服机构中安装测速单元,有效节省了机构的体积和重量,有较强的实用性且易于实现.仿真结果表明,所设计的控制器对弹体耦合干扰力矩及系统参数扰动有较强的鲁棒性,且具有较高的跟踪精度,因而在导引头伺服系统这类对体积和质量有严格限制的伺服系统中具有较好的应用前景.     

Pole assignment using state feedback with time delay in friction-induced vibration problems

The dynamic behavior of friction-induced vibration problems is governed by second-order differential equations having asymmetric matrices, due to the coupling of structures and external loads, which are functions of some parameters. Asymmetric systems are prone to unstable vibration (flutter) as a parameter reaches a critical value. Placement of these unstable poles to the left-hand half of the complex pole plane for stabilization can be achieved by active (feedback control) and passive means (structural modification). Moreover, placement of poles is also done to achieve the desirable dynamic response and system performance. However, such active pole assignment control introduces inherent time delays in the feedback control loop. This paper presents a method for assigning complex poles to second-order damped asymmetric systems by using state-feedback control while considering a constant time-delay in the feedback control loop. The control strategy is based on receptances of the symmetric part of the asymmetric open-loop system (without time delay), which can be easily obtained from transfer function measurements. This method does not require the knowledge of mass, damping and stiffness matrices, and hence circumvents the modeling errors (finite element or reduced order). In this research, with numerical examples, it is shown that by means of active state feedback control and by using a relatively small number of available receptances, open-loop poles of the asymmetric system can be assigned precisely. The stability of the closed-loop system is analyzed by computing primary closed-loop poles and the associated critical time delay.     

有约束随动系统控制策略研究

提出了一种新的有约束的复杂随动系统--小碗摆球系统,并针对该系统利用达朗伯静力学的方法进行了建模。在讨论了系统能控和能观性的基础上分别采用状态反馈的极点配置法和基于遗传算法的LQR最优控制2种方法进行了实际系统控制效果的实验对比,通过对比可知极点配置的状态反馈控制器具有更好的鲁棒性和瞬态特性,而遗传算法优化的LQR控制具有更好的稳态特性,以及更短的调节时间。同时在参数选择方面相比于极点配置试特征值的方法,遗传算法优化LQR控制控制器更有针对性,便于实际的应用操作。     

MR阻尼器控制算法对斜拉索的减振效果

采用基于位移和速度方向的半主动控制算法,以及基于最优控制力的多种主动控制算法(线性最优控制算法、特征结构配置法、次最优控制法、变结构滑移模态控制法)对杭州湾大桥南航道桥330m长斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析.以全索全时段振动响应的均方根作为振动控制效果的评价指标,从控制效果和易实施的角度评述了各种半主动控制算法.计算表明半主动控制算法对斜拉索的减振效果可优于最优的被动控制.     

隔振对光电跟踪系统频率特性的影响及其抑制

针对隔振对光电跟踪系统频率响应特性的影响,从带隔振装置的光电跟踪系统动力学模型入手,研究了系统频率特性的变化规律.提出了两种抑制隔振装置影响的思路:调整隔振装置机械结构设计,改善基座的角运动谐振特性;通过调整方位轴控制策略消除基座晃动对跟踪控制的不利影响.对后一种思路进行了深入的研究,将基座和光电系统的角位置和角速度实测信息作为状态变量,采用状态反馈配置极点的方法,消除速度响应环节的谐振极点,抵消谐振零点.对安装在隔振装置上的某光电跟踪系统进行仿真实验结果,在保证稳定的前提下,状态反馈配置极点方法将稳态振荡的幅值由2.4×10-4 rad减小到7×10-6 rad.结果表明,采用状态反馈配置系统速度响应环节闭环期望极点的方法可以有效抑制隔振装置对光电跟踪系统频率特性的影响.     

超长柔性臂架回转振动主动控制研究

针对超长柔性臂架回转振动过大问题,结合臂架结构特点基于有限单元法建立臂架回转动力学模型,分析臂架回转系统振动特性。采用模态滤波技术及最优极点配置算法进行主动控制策略设计与理论分析,并搭建主动控制试验系统,进行超长臂架回转振动主动控制试验。试验结果表明,该振动主动控制方法能有效提升受控系统阻尼比(增幅920%),显著抑制臂架回转振动衰减时间(减幅73%),振动控制效果明显,不仅对研制更长臂架泵车具有重要的理论及应用价值,且对所有具有超长柔性机械臂高端装备回转振动控制具有重要参考价值。     

光电经纬仪结构动态特性研究

光电经纬仪的结构动态特性是设计光电经纬仪的重要依据。用临界转速法建立了光电经纬仪的结构动态特性模型,讨论了光电经纬仪转速与轴系横向振动固有频率的关系:光电经纬仪的临界转速在数值上与经纬仪横向自由振动的固有频率相同,且光电经纬仪的固有频率只与其轴系挠度的平方根成反比。研究表明,提高光电经纬仪伺服控制系统带宽有4个途径:1) 增大光电经纬仪的固有频率;2) 对结构谐振进行补偿;3) 使用电流反馈;4) 使用加速度和速度反馈等。     

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.