压电梁振动的多输入多输出主动控制

对表面上贴有多个用作驱动器和传感器的压电陶瓷片的“压电梁”结构，导出了从驱动器到传感器的频响函数公式，作为压电结构设计和振动控制的数学模型。提出了压电梁对缓变周期扰动振动环境的多输入多输出振动抑制方法。     

基于输出预估自抗扰策略的加筋壁板结构多模态振动主动控制

针对加筋壁板结构中存在的模型难以精确确定和多模态外界干扰等问题,基于加速度传感器,提出了一种不依赖结构精确数学模型的多模态线性自抗扰振动主动控制(Linear Active Disturbance Rejection Control)策略。由于加速度传感器和压电驱动器的异位配置不可避免地使得整个控制系统存在时延。为解决该问题,利用Smith预估器的原理,引入输出预估器来补偿时延,这样设计的自抗扰振动主动控制器能够很好地解决时延对结构振动性能的影响。基于dSPACE实时仿真平台、利用加速度传感器、压电片驱动器,设计并建立四面固支压电加筋壁板结构实验系统,对提出的控制方法进行试验比较研究。最后的试验结果表明,采用提出的具有输出预估功能的自抗扰振动控制器,能够快速有效地抑制结构的多模态振动。     

正位置反馈的多模态振动主动控制实验

采用压电元件作为传感器和驱动器,基于正位置反馈技术对一个钢制挂架结构进行主动振动控制.介绍了正位置反馈控制的基本原理,阐述了其优化算法,并介绍了控制系统构成,最后对钢制挂架在扫频和窄带随机信号激励下的振动进行了主动控制实验,实验结果验证了本文所述方法可以有效地抑制挂架的多模态振动.     

机敏杆压电扭转驱动器／传感器优化布置

提出一种由薄壁杆、压电扭转驱动器、压电传感器组成的机敏杆,针对机敏杆扭转振动控制中驱动器/传感器优化配置问题,对机敏杆的扭转振动进行了深入的研究,采用拉格朗日方程和假设模态法推导了机敏杆系统的动力学方程,建立了系统的状态空间表达式.将机敏杆划分为若干个位置单元,选取主动控制器的最大耗能作为优化准则,运用遗传算法获得了压电扭转驱动器/传感器的最佳配置位置及最优反馈增益.结果表明:所获得的最优位置、反馈增益是合理的,将驱动器/传感器同位配置在最优位置并实施相应的闭环最优控制,主动控制器的耗能最大,并能有效抑制机敏杆的扭转振动.     

基于神经网络的柔性结构振动主动控制研究

提出了采用压电元件作为传感器和驱动器 ,基于神经网络技术的柔性结构主动振动控制方法。阐述了神经网络控制的基本原理 ,导出了控制算法 ,并介绍了控制系统构成 ,最后对柔性梁在正弦和伪随机信号激励下的振动进行了主动控制实验 ,实验结果验证了本文所述方法的有效性     

旋转柔性梁系统振动频响特性分析及振动抑制

航天器挠性附件或柔性机器人等柔性旋转梁系统的模态阻尼小,由于扰动,或者在调姿及转动时,大幅值的振动将持续很长时间,这将影响系统的稳定性和指向精度,因此,必须对振动进行主动控制.提出一种基于加速度传感器反馈的复合控制算法,快速控制系统设定点及转动过程的振动.建立挠性旋转梁试验平台,进行了基于加速度传感器和压电片传感器的试验模态激励分析、振动频响特性分析.并根据振动特性选取加速度反馈控制算法的相应参数,利用交流伺服电机驱动器抑制旋转梁设定点的振动、旋转过程的振动主动控制进行了试验研究.试验结果表明采用提出控制方法能够快速地抑制系统的振动,验证了特性分析和提出控制方法的可行性.     

基于等几何方法的压电功能梯度板动力学及主动振动控制分析

针对表面粘贴有压电层的功能梯度板的动力学及主动振动控制问题，建立了一种基于三阶剪切变形理论的等几何分析求解方法。其中，功能梯度板的材料属性为板厚方向的幂函数分布，并假设电势沿着压电层的厚度方向呈线性变化。利用线性压电本构方程以及哈密顿变分原理，推导了压电功能梯度板的相关等几何分析有限元方程。通过分析压电智能结构的静态弯曲行为验证了该方法的有效性与精确性。运用模态叠加技术与Newmark-β直接积分法分析了两种不同结构的压电功能梯度板的动力学响应与主动振动控制问题。在主动振动控制分析中，引入了物理中面的概念避免当传感器与驱动器分别粘贴于功能梯度的上、下表面时，由拉伸-耦合效应引起的控制不稳定的问题，并着重分析了振动控制过程中两种结构传感器层和驱动器层的电压响应。     

基于加速度反馈和自抗扰的加筋壁板结构复合振动控制

四面固支加筋壁板结构中存在的模型难以确定等多种不确定因素,影响了闭环结构的振动控制性能.针对这一问题设计了一种不依赖结构数学模型的加速度传感信号反馈和二阶线性自抗扰复合振动主动控制策略,并在理论上分析其稳定性和优越性.首先,采用二阶线性自抗扰控制器实时估计对象模型变化及其外扰组成的广义干扰,并将估计值作为补偿信号前馈到控制信号中消除广义干扰对系统的影响;然后,设计加速度传感信号和线性状态误差反馈的自抗扰复合振动控制器;最后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了四面固支加筋壁板结构的主动振动试验平台.利用加速度传感器和压电片驱动器抑制加筋壁板结构振动,并对提出的控制方法进行对比试验.几种外界干扰激励的试验结果表明,该方法不仅能有效抑制由于正弦激励和外界冲击引起的振荡,而且能更好抑制不确定因素引起的整个结构的波动.     

光纤传感器振动特性分析方法

光纤传感器是一种建立在光纤、光电子技术基础上声信号传感器.但是除声波外,传感器的结构振动同样会引起光纤长度改变,产生噪声.为提高传感器抗机械振动的性能,研究了用于分析传感器结构振动特性的方法,考察了光纤层在产生机械振动噪声情况下的响应.同时,还采用了光纤层均质化的方法,以克服传感器结构复杂性带来的有限元建模困难.     

改进型FULMS算法实现压电机敏框架结构振动抑制

航空航天器结构振动主动控制研究一直非常活跃,其中自适应滤波FULMS算法构成主要控制方法之一,但该算法存在一个如何提取有效参考信号的问题。提出一种改进型FULMS振动控制算法,算法过程是通过从振动结构中直接提取振动响应残差信号,进而基于控制器结构和算法过程数据构造出参考信号,满足于激扰信号的相关性并进入算法控制过程;在此基础上,构建了一种压电机敏框架结构和实验平台进行实验验证,阐述了实验模型结构模态分析、分布式压电传感器和驱动器优化配置,以及实验平台构建和实验过程分析。研究结果表明,改进型FULMS算法较为有效地解决了参考信号实际获取问题,并具有良好的收敛性和结构振动抑制效果,对自适应滤波振动控制算法进一步实用化具有良好意义。     

挠性结构主动减振中传感器和激振器的优化布置

本文提出了从有效衰减振动能量的角度，通过最小化Ｌｙａｐｕｎｏｖ第二方法中的优化性能指标，对挠性结构振动的主动控制进行优化的方法。研究了在以位移传感器或速度传感器作为检测元件进行部分状态变量反馈的约束条件下，传感器、激振器的最优位置以及最优反馈增益的确定，讨论了在包括截尾残余模态的情况下系统的稳定性。本文还对在两邻边固定、另两邻边自由的边界条件下矩形薄板振动的主动控制进行了优化计算和数字仿真。结果表明，优化的控制系统能够有效地衰减结构的振动。本方法具有明显的物理意义和较高的计算速度，并且通过选取不同的权系数，能够协调控制能量和振动的衰减效果，从而得到合理的位置和增益。     

简谐及随机激励下柔性悬臂梁振动主动控制的实验研究

利用压电陶瓷作为传感器,对根部施加了简谐、随机激励的柔性悬臂梁的振动主动控制进行实验研究。在使用数字滤波器的基础上,实现了对前两阶模态的控制,效果明显。比较了应变率负反馈和应变正反馈控制律的控制效果。并且进一步采用应变率负反馈探讨了SIMO控制。     

一种混合遗传算法在压电智能结构振动控制全局优化设计中的应用

本文针对采用压电作动器／传感器的智能结构,了振动控制中作动器／传动器的配置以及反馈增益的全局优化设计问题。     

作动器／传感器配置优化的遗传算法应用

针对空间柔性结构,研究了振动主动控制中作动器/传感器的配置和控制器增益的全局优化问题。首先采用空间柔性结构的状态空间模型建立了以最大耗能准则为基础的目标函数,将优化问题归结为一个有约束的非线性优化问题,然后根据其特点,采用了一种十进制浮点数编码的遗传算法,并融合、设计了一些简单且优良的遗传操作,使得优化过程不依赖于初值,而且可以快速可靠地求得全局最优解。通过一个悬臂梁单点同位配置算例,证明了该算法的可行性和优越性。     

Active damping of rotating composite thin-walled beams using MFC actuators and PVDF sensors

The object of this research is to enhance the damping performance for vibration suppression of rotating composite thin-walled beams using MFC actuators and PVDF sensors. The formulation is based on single cell composite beam including a warping function, centrifugal force, Coriolis acceleration and piezoelectric effect. Adaptive capability of the beam is acquired through the use of a negative velocity feedback control algorithm. Numerical analysis is performed using finite element method and Newmark time integration method is used to calculate the time response of the model. It is observed that the feedback control gain has an effect on damping performance. The paper continues with an investigation into influences of parameters such as the rotating speed and the fiber orientation in host structures. Also, it is confirmed that effective damping performance is achievable through the suitable arrangement and distributed size of sensor and actuator pair using case study.     

Optimal design in vibration control of adaptive structures using a simulated annealing algorithm

Advanced reinforced composite structures incorporating piezoelectric sensors and actuators are increasingly becoming important due to the development of smart structures. These structures offer potential benefits in a wide range of engineering applications such as vibration and noise suppression, shape control and precision positioning. This paper presents a finite element formulation based on the classical laminated plate theory for laminated structures with integrated piezoelectric layers or patches, acting as sensors and actuators. The finite element model is a single layer triangular nonconforming plate/shell element with 18 degrees of freedom for the generalized displacements, and one additional electrical potential degree of freedom for each surface bonded piezoelectric element layer or patch. The control is initialized through a previous optimization of the core of the laminated structure, in order to minimize the vibration amplitude and maximize the first natural frequency. Also the optimization of the patches position is performed to maximize the piezoelectric actuators efficiency. The simulated annealing algorithm is used for these purposes. To achieve a mechanism of active control of the structure dynamic response, a feedback control algorithm is used, coupling the sensor and active piezoelectric layers or patches, and to calculate the dynamic response of the laminated structures the Newmark method is considered. The model is applied in the optimization of an illustrative adaptive laminated plate case. The influence of the position and number of piezoelectric patches, as well as the control gain, are investigated and the results are presented and discussed.     

集成压电元件的挠性太阳帆板振动抑制控制系统

针对基频低于1Hz的大挠性太阳帆板,提出了整板主动振动抑制方法。该方法通过在太阳帆板上集成压电元件作为传感器和执行器;针对帆板挠性增大时,同位控制易出现虚假抑制的现象,综合考虑压电传感器的测量数据和板上一点的振动情况,基于正向位置反馈控制律（PPF, Positive Position Feedback）,设计了整板振动抑制控制系统。通过Adams和Simulink联合仿真,对控制系统的振动抑制能力进行了考核,结果表明所设计的PPF控制系统避免了虚假抑制,具有良好的整板振动抑制效果。     

弹性连杆机构残余振动主动控制的研究

采用压电陶瓷作为作动器,应变片作为传感器,基于修正的独立模态空间控制理论,对弹性连杆机构残余振动的控制进行了研究。本文首先建立了由作动器和机构原始单元组成的智能单元、传感器和被控系统的数学模型,根据被控系统的特点设计了具有良好稳定性的控制器。给出了智能单元控制电压的计算方法,结合算例讨论了本文方法的有效性     

柔性冗余度机器人残余振动主动控制

研究柔性冗余度机器人的残余振动主动控制问题，设计了具有压电作动器与应变传感器的机敏杆件，建立了受控系统的状态空间表达式，采用独立模态空间控制理论设计LQR状态反馈控制器，并基于对偶原理设计了具有指定收敛特性的Luenberger全维状态观测器，最后，以平面3R柔性冗余度机器人为例进行了计算机仿真，结果表明，采用这种主动控制方法可以显著改善柔性冗余度机器人的动力学品质。