直升机结构响应主动控制作动器优化设计研究

采用子结构综合法建立考虑作动器动特性与其相互影响的直升机机身／多作动器耦合系统频域数学模型，研究了直升机结构响应主动控制中采用作动器位置序号进行编码的遗传算法对多作动器位置进行优选，以及与电磁式惯性型作动器参数优化的综合优化问题，进行了结构响应主动控制试验研究，验证了多作动器减振的有效性和所提出的作动器位置优选方法的正确性。     

基于电磁作动器的SPWM振动主动控制技术研究

开发了一种采用电磁作动器的SPWM振动主动控制系统。简单介绍了电磁作动器的数学模型，通过仿真分析与试验分析了解了作动器的作动特性。阐述了SPWM的调制原理与频谱分析。对某中型货车发动机振动主动控制系统进行了控制规律研究，并应用单片机技术对控制系统进行了减振试验验证。结果表明发动机振动衰减明显，该振动主动控制系统的设计是可行的。     

结构地震响应控制的优化方法

针对大跨空间结构地震响应主动控制,以超磁致伸缩材料为核心元件设计了一种可以应用于大跨空间结构振动主动控制中的超磁致伸缩作动器,制作出了作动器的原型并对其进行了输出性能测试。使用遗传算法对大跨空间结构主动控制作动器的布置位置进行了优化设计,最后进行了优化效果的数值模拟分析。以此验证了超磁致伸缩作动器具有良好的作动效应,利用遗传算法在大大提高结构主动控制优化设计效率时,可以保证实现对结构的整体优化以及作动器能高效、经济地实现对结构进行主动控制的目的。     

新型高效电磁反力作动器的设计

针对发动机振动主动控制系统设计了一种高性能电磁反力作动器。首先简单介绍了作动器的设计要求以及结构原理,接着对作动器的磁场进行了近似计算,并将作动器的力传递模型简化为单自由度振动系统,计算了作动器的作动力。最后通过Simulink软件对其作动力进行了仿真,并以正弦信号输入对作动器的作动力进行了性能试验。结果表明作动力大,作动器性能良好,这对发动机振动主动控制系统的实现以及开展其他主动控制系统的研究具有非常重要的意义。     

基于作动力反馈控制的电磁反力式混合型主动悬架

提出一种同时含有被动和主动结构的新型汽车主动悬架,与现有主动悬架的最大不同点在于由电磁反力作动器产生的主动控制力仅作用于汽车非悬挂质量.首先,探讨电磁反力作动器的被动特性和以作动器作动力为PI反馈控制量的主动特性,作动器的主动特性显示较好的"天棚"阻尼特性.其次,建立对作动器作动力进行反馈控制的混合型主动悬架1/4车辆模型,并进行特性仿真试验.结果表明,采用作动器作动力进行反馈控制的新型主动悬架效果较好,能够同时改善悬架系统车轮环节共振高频段的平顺性、车轮接地性和减少悬架弹簧的变形.     

弹性连杆机构声辐射的主动控制

应用压电作动器对弹性连杆机构声辐射进行主动控制。依据线性最优控制理论，对最优控制力的确定以及控制器设计进行了深入分析，发展了一种融合了状态反馈和干扰前馈的控制器设计方法，对压电材料作动器的应用进行了描述。通过算例说明了该方法的有效性。     

新型高效电磁驱动反力作动器的设计及特性研究

设计了一种新型高效电磁驱动反力作动器，进行了作动器的磁场计算，利用Ansys软件对其弹簧刚度进行了分析。建立了作动器的力传递模型，通过Matlab软件对其力传递特性进行了仿真分析。以正弦信号输入对作动器的作动特性进行了试验，结果表明作动力大，作动器性能良好，可以很好适用于各种振动系统的主动振动控制。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。     

磁致伸缩作动器的设计与性能分析

在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了一种微位移作动器．通过有限元分析，对作动器的结构进行优化，得到均匀的偏置磁场和激励磁场；设计了预压力加栽结构和强制冷却结构．对该作动器的动、静态性能进行了测试，结果表明：作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响较小，相位延迟较小，同时也证明了对作动器的磁场分析和结构优化是正确的．     

用磁致伸缩作动器进行主动隔振的研究

本文对用磁致伸缩作动器的主动隔振系统进行了试验与分析。建立了采用此作动器的模拟试验台及控制模型，得到了被隔振机械主要工作频率成份的隔振量提高12dB和500HZ内总隔振量提高7．2dB的较满意的结果。为振动的主动控制应用于工程实际奠定了良好的基础。分析表明，该隔振系统为一主动惯性效应系统。对系统实施主动隔振，并没有恶化振源的运动状态。     

旋转偏心质量块式消振电力作动器建模与控制EI北大核心CSCD

直升机等非固定翼飞行器在飞行状态时由桨叶旋转所产生的周期性低频振动会通过刚性机体传递至驾驶舱、航空发动机以及起落架等部位,会造成机体的持续振动,严重时会影响驾驶员的生命安全。提出了旋转偏心质量块式消振电力作动器,并开展了控制方法研究。从理论上推导了旋转偏心质量块式消振电力作动器的输出力模型以及负载转矩模型;提出基于双电机并行独立控制的电力作动器输出力伺服控制策略,在复频域进行了稳定性分析,并针对正弦波非线性负载扰动带来的转矩脉动问题,对双电机并行独立控制策略展开了优化设计,通过负载前馈控制使系统具备良好的鲁棒性和抗干扰性;研制了重量为14 kg的实验样机并完成了优化控制策略前后电力作动器稳态、动态性能的对比验证实验。结果表明,优化控制策略下的作动器输出力动稳态性能满足各项技术指标要求。     

超精密机床的主动隔振系统研究

本文以ＨＣＭ－Ｉ型亚微米超精密车床为研究背景,在分析了机床结构与振动的基础上,建立了机床主动隔振系统的力学模型。通过几种作动器的性能对比选择了磁致伸缩作动器为执行器。通过反馈控制分析和实验,表明：采用主动隔振可以明显提高机床减振性能,尤其对低频隔振效果较好。     

磁悬浮主被动隔振系统自适应控制及非线性补偿

 In order to effectively control the low frequency vibration of ship machinery,a passive-active hybrid vibration isolation mount using maglev actuator was designed. Maglev actuator is excellent for active vibration isolation, with non-contact structure, low stiffness and rapid response. However, the actuator’s nonlinearity has to be restrained by control algorithm. The nonlinearity of maglev actuator was analyzed, the nonlinear reverse model of actuator was built through theoretical analysis and experimental correction, and an improved FxLMS algorithm based on reverse model linearization and frequency range division control was put forward, which has the advantage of low computation load for real time control. Experiments were performed on a multiple-DOF active vibration isolation system, results show that the improved FxLMS algorithm could effectively reduce the vibration energy at targeted frequency, and well restrain the nonlinearity-induced vibration.  

      

基于主动空气轴承作动器的模糊主动振动控制研究

提出基于主动空气轴承作动器的溜板模糊主动振动控制。在溜板的空气静压支承基础上,以主动空气轴承为作动器,采用模糊控制方法,实现运动中的溜板振动主动控制。在自制的空气静压导轨上用电磁激振器模拟干扰力进行控制实验,取得良好效果。     

基于单边饱和拉索的结构振动最优控制

拉索作动器已被引入结构振动控制中,但作动器具有单边饱和的非线性特点,因此,拉索控制难以直接采用要求控制无约束的LQG对结构振动进行控制律设计。针对拉索的单边饱和特点,提出了一种用分段性能指标代替原有的二次型性能指标的最优控制方法。将拉索的单边饱和特性考虑在内并以合适的抑制速度对结构振动进行控制。并证明了直接用LQG方法对结构振动进行控制律设计,通过拉索控制器取单边和饱和之后作用于结构也是一种最优控制。同时证明了加观测器的最优控制系统对结构振动控制是稳定的。对一悬臂梁振动进行数值仿真控制,结果验证了该最优控制率的可行性。     

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。     

姿态受控柔性臂空间机器人的自适应神经网络容错控制及残振抑制

针对执行器发生部分失效故障的漂浮基姿态受控柔性臂空间机器人系统,研究了执行器故障的容错控制及柔性臂杆残余振动的主动抑制。结合假设模态法、线动量守恒定理和第二类拉格朗日方程建立了系统的动力学微分方程。基于奇异摄动理论将系统分解为一个表征载体姿态与关节轨迹跟踪的慢变子系统和一个表征柔性臂杆残余振动的快变子系统;据此设计了由慢变子系统的自适应神经网络容错控制器与快变子系统的线性二次型最优调节器组成的复合控制器;其中,慢变子系统的容错控制器使得系统对执行器故障不敏感,保证了跟踪误差的渐进收敛;快变子系统的最优调节器可以有效地抑制柔性臂杆引起的残余振动,减少能量损耗。对比数值仿真校验了理论推导的正确性与复合控制策略的可行性。     

超磁致伸缩作动器用于振动主动控制中的仿真研究

目前对于太阳和地球引力变化引起的微振动，采用先进的主动控制能达到高精度的隔振要求。主要是推导并建立了超磁致伸缩作动器（GMA：Giant Magnetostriction Actuator）的动力学方程和数学模型，并将其运用到振动主动控制中，采用PID（Proportional-Integral-Differential）反馈控制方法，对双层隔振下层受到激扰的系统进行仿真计算，仿真结果表明它能对微幅低频振动衰减20-50dB，能起到明显的减振效果。