基于有效独立的改进传感器优化布置方法研究

随着结构健康监测技术的发展,传感器优化布置问题日趋突出。综合考虑有效独立法和模态动能法的优缺点,分别以平均加速度幅值和模态动能修正有效独立法的传感器优化布置结果,提出了两种基于有效独立的改进传感器优化布置方法———有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)。运用模态动能准则、平均加速度幅值准则、Fisher信息矩阵准则、截断模态矩阵条件数准则、模态置信准则评价并比较上述两种方法及有效独立法、模态动能法、有效独立驱动点留数法和有效独立驱动点残差法。实际钢井字梁采光顶结构算例结果表明,本文提出的有效独立-平均加速度幅值法(EI-AAA)和有效独立-模态动能法(EI-MKE)在考虑截断模态线性独立的同时都能自动选择具有较高平均动态响应和模态动能的测点位置,有较强的抗噪声性能,在六种方法中布置结果最为有效。     

砂轮划片机模态测试中的传感器测点优化研究

针对砂轮划片机这类复杂设备振动模态测试中测试时间长、传感器数目难以确定和测点难以定位的问题,提出了结合有效独立法、QR分解法及模态验证准则、香农扩展定理对砂轮划片机主系统进行测点优化的方法。采用锤击模态测试方法对某一型号的砂轮划片机测点优化前后的模态进行了测试,识别出划片机主系统的振型和模态参数,比较测点优化前后的测试结果,表明测点优化的模态测试实现了将有限个传感器布置在关键的测点位置上并获取最接近真实信息的目的,缩短了测试时间,提高了测试精度,为复杂设备的振动模态测试提供了参考。     

基于距离系数-有效独立法的大型空间结构传感器优化布置

为解决利用有效独立法进行大型空间结构传感器优化布置时产生的信息冗余问题,提出了以距离系数修正信息矩阵的距离系数-有效独立法。将该方法应用于某高拱坝的传感器优化布置,并与现有的三种优化布置方法得出的方案进行全面的比较。结果表明：距离系数-有效独立法应用于精细网格划分的大型空间结构的传感器优化布置时,可有效避免测点间的信息冗余问题并保证模态识别的精度,是一种适合大型空间结构的较为理想的传感器优化布置算法。     

基于R-TPBSS的结构模态参数识别方法

提出了一种基于R-TPBSS算法的结构模态参数识别方法。该方法通过对响应信号进行稳健性白化处理,提高了算法的抗噪性。该方法将模态坐标和模态振型分别视为独立源信号和混合矩阵,以模态坐标的时间预测性大于响应信号的时间预测性为前提构造目标函数,通过优化目标函数,直接从结构自由响应中分离出各个模态,配合单点模态参数识别方法,提取出结构的模态参数。仿真结果表明,此方法具有很高的识别精度,对噪声很好的鲁棒性,密集模态下,同样能够准确的识别出结构的模态参数。     

基于声辐射模态有源解耦控制的溢出机理研究

基于声辐射模态有源控制,通过作动器位置布置可以使得控制过程解耦,通过对比解耦和非解耦两种控制方式,并对其控制结果进行讨论。发现解耦控制所需控制能量较小并且相对控制稳定,比非解耦控制有明显优势。并且两者在低频段都能取得良好的控制效果,在频率较高时出现不同程度的控制溢出。在解耦控制的基础上,通过分析各阶声辐射模态辐射效率特点,作动器布置对称形式与声辐射模态对称形式的对应关系,揭示了溢出的机理     

基于模态应变能分布的压电致动器/传感器位置优化遗传算法

本文由线弹性压电结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程。建立了准确模拟层合压电结构动力行为的有限元模型。基于主结构模态应变能分布提出了一种新的优化目标函数,将压电致动器/传感器位置编号作为优化变量,建立了离散变量表示的智能结构优化问题,并通过二进制编码的遗传算法（GA）求解了该最优问题。以四边固支复合层合压电智能板为数值算例,采用比例反馈控制, 研究了最优位置配置致动器/传感器智能结构目标模态的控制效果。数值结果表明基于模态应变能分布的遗传算法所得优化解具有较好的振动控制效果。     

传感器优化布置的有效独立-改进模态应变能方法

针对经典的传感器优化布置方法 -有效独立法(EI)容易丢失能量较大测点的不足,引入新的模态应变能修正EI法,提出有效独立-改进模态应变能法(EI-IMSE)。考虑模态数目的影响,通过空间桁架塔结构数值研究与矩形截面空心铰支梁的实验验证,并经四种评价准则与既有的EI及其三种EI改进方法的对比研究,表明EI-IMSE法不仅保留EI法的优点,且具有良好的抗噪性和低阶模态识别的准确性。     

六自由度主被动一体隔振平台的动力学实验建模

实验建模是摸清物理现象本质的一种有效手段,而针对六自由度主被动一体隔振平台,它的实验建模是实现隔振的主动控制的前提,也是能否达到满意控制效果的关键。通过对物理空间到传感器坐标空间变换的推导,给出了传感器在布置上应该满足的条件。结合六自由度主被动一体隔振平台的先验理论知识,从测试所得信号出发,利用最小二乘估计的递推算法建立起了作动器到传感器的动力学模型,为隔振平台的振动主动控制打下了基础。     

基于车身模态和板块贡献分析的阻尼优化降噪方法研究

车身结构上的阻尼材料优化布置对车内振动和噪声控制有重要的意义。以某实车的白车身为研究对象,基于有限元法和边界元法对车内声腔进行声场分析和车身板块进行声学贡献量分析,找出车内场点噪声声压峰值频率及对应的贡献量较大的板块。进而基于白车身模态振型分析,对车身部件上的局部约束阻尼的敷设位置进行优化配置。分析了阻尼优化布置前后分别在悬置、前悬架和后悬架等不同位置处激励下的车内噪声,确认了降噪优化方案的有效性,并在实车上进行了验证。结果表明,对车身相关板块进行局部阻尼处理后,降低车内噪声2 d B(A),证明了该方法的有效性。     

空间RRRP机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性研究

摘 要 机械臂的刚柔耦合非线性动力学特性分析是实现其运动精度控制的基础。针对某航天飞行器装载的RRRP型空间机械臂,采用模态组合函数描述各臂的弹性变形,将转动副角位移、移动幅线位移以及各臂的模态坐标作为广义自由度,利用Lagrange定理建立了空间RRRP机械臂的非线性动力学方程,采用4-5阶变步长 Longgekuta法,对非线性微分方程组进行了数值求解。研究了机械臂刚柔耦合的非线性特性及结构参数变化对末端振动的影响,为进一步实现其结构优化和精度控制奠定基础。     

基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法

通过比较线性粘滞阻尼器和摩擦型阻尼器的耗能,发现斜拉索采用摩擦型阻尼器获得的最大附加阻尼高于相应的线性粘滞阻尼器,进而提出了基于可变摩擦阻尼力的斜拉索半主动控制算法。该算法通过控制阻尼器位置处的拉索位移振幅来实时调节阻尼力,使其始终满足拉索-阻尼器系统的最优阻尼力幅值与最优阻尼器位移幅值的对应关系。按摩擦型阻尼器的方式耗能,系统获得的最大附加阻尼总是高于线性粘滞阻尼器的被动最优控制,且与振动频率无关,可以实现斜拉索的变频率多模态振动控制。最后,分别针对斜拉索的自由振动和简谐强迫振动进行了半主动控制算法的数值模拟,验证了其减振效果。     

混凝土泵车臂架振动响应的主动控制实验研究

考虑混凝土泵车臂架结构特点,采用独立模态空间控制方法对泵送混凝土激励下的臂架末臂节振动响应进行了主动控制试验研究。针对泵车臂架系统的动力学模型,采用模态滤波技术和最优控制理论设计主动控制策略,通过优选臂节油缸的作动控制以实现对臂架一阶模态振动响应的实时控制。实验结果表明,采用该主动减振控制后水平工况下臂架末端的减振精度可达80%,取得了显著的减振实验效果     

自适应桁架结构局部力反馈振动控制及其主动构件的配置研究

本文主要研究利用自适应桁架结构自身的主动构件实现控制结构动态特性的理论和有效性以及主动构件的最优配置问题。首先，基于自适应桁架结构的有限元模型，将主动构件的弹性内力直接用于实现反馈控制桁架结构的振动特性；然后，引用模态耗散能因子和模态应变能因子的概念，研究了主动构件的优化配置问题。通过一平面自适应桁架结构的优化配置计算和数值仿真，说明了文中提出的控制方法和主动构件优化配置的有效性。     

谐波噪声下的试验模态分析

试验模态分析中通常使用平均方法处理由实验环境引起的随机噪声。当测试环境中含有周期噪声时,很难通过平均方法去除,在频响函数中会产生虚假共振峰,影响结构参数识别精度。该文提出了基于增强概率统计的谐波响应检测方法,将物理坐标下的响应信号变换到模态坐标中,并根据谐波信号的统计特性检测出谐波成分。提出了一种基于谐波分解与重构的谐波去除方法,用于消除谐波成分对结构参数识别的影响。通过平面刚架的仿真算例和GARTEUR飞机模型实测算例阐明了提出方法的实现过程,验证了其可靠性。     

经典边界条件黏弹性Pasternak地基上Bernoulli-Euler梁横向自振特性分析

自振特性在结构的动力分析中具有重要的意义。将回传射线矩阵法(MRRM)推广到地基梁自振特性的研究中,通过节点力平衡和位移协调方程及对偶局部坐标系下单元相位关系,建立两端简支、两端自由、两端固支、简支-自由、简支-固支及固支-自由这六种边界条件下黏弹性Pasternak地基上的Bernoulli-Euler梁的回传射线矩阵,进而得到其频率方程。根据单一局部坐标系下的边界条件,推导出模态函数解析表达式,进一步根据正交归一化条件求解模态函数表达式中的未知参数。通过具体算例验证了回传射线矩阵法求解的正确性,并对不同边界条件下的自振频率、衰减系数及模态函数进行了分析。为黏弹性地基梁的振动特性研究提供理论基础。     

基于次级通道前馈等效阻尼补偿的改进滤波x-LMS算法

研究了通过次级通道阻尼补偿提高滤波x-最小均方(Least Mean Square; LMS)算法性能的实现方法,提出了一种自适应前馈等效阻尼补偿方案;将前馈补偿器与自适应前馈控制器设计相结合,设计了基于前馈等效阻尼补偿的改进滤波x-LMS算法,改进算法保持了滤波x-LMS算法结构简单、鲁棒性强等优点。以柔性悬臂梁前两阶模态振动为控制目标,分别采用两种算法进行了主动减振仿真实验,结果表明本文提出的改进滤波x-LMS算法具有更快的收敛速度。     

风洞模型加速度负反馈振动主动控制方法研究

针对尾撑式风洞模型强方向性振动问题,基于异位配置加速度负反馈控制器对风洞模型振动主动控制方法进行研究。首先,通过模态分析得到系统低阶模态振动的强方向性并基于系统特性设计了具有结构耦合性的内嵌压电陶瓷作动器的风洞模型振动主动控制系统。然后,基于异位配置NAF控制器分别设计了针对第二阶模态和前两阶模态的单模态NAF控制算法和双模态NAF控制算法。最后,进行了实验验证,结果表明:双模态NAF控制算法控制效果较好,前两阶模态阻尼比分别提高近13倍和近40倍,镇定时间分别缩短近11s和近26s。     

An optimal control problem in estimating the optimal control force for the force vibration system

An optimal control problem for the force vibration system based on the iterative regularization method, i.e. the conjugate gradient method (CGM), is examined to estimate the optimal control force in a damped system having time‐dependent system parameters such that the desire (or design) system displacements can be satisfied. It is assumed that no prior information is available on the functional form of the unknown control function in the present study, thus, it is classified as the function estimation. Numerical simulations are performed to test the validity of the present algorithm by using different types of the desire system displacements. Results show that an excellent estimation on the optimal control force can be obtained with arbitrary initial guesses within a couple of second's CPU time at Pentium III‐500 MHz PC. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑关键运动副特点的船用多功能数控机床模态分析

针对船用多功能数控机床在舰船环境下的结构动态性能研究,结合舰船波浪载荷作用下的摇荡特点,揭示了机床的运动坐标体系和布局方案,并进行了机床关键导轨滑块运动副5自由度载荷特点的受力分析;依据机床振动理论构建了导轨滑块运动副粘性阻尼振动模型及其有限元结构模型;采用机床锤击试验模态和机床有限元结构模态相结合的方法验证了包含导轨滑块运动副粘性阻尼系统的有限元机床模型的适用性,并分析确定了机床110Hz内的6阶模态振型及其频率。