随机激励下自复位结构首次穿越失效研究

自复位结构遭受地震或强风荷载时,会发生显著的非线性随机振动,这可能导致结构的运行性能大大降低,甚至完全失效.本文旨在研究随机激励下双自由度自复位结构的首次穿越失效问题.应用广义谐波平衡技术,将自复位恢复力进行分解,获得等效随机系统;利用随机平均原理推导出关于幅值的平均It8随机微分方程;求解后向Kolmogorov(BK)方程得到首次穿越时间的条件可靠性函数和条件概率密度函数通过.作为算例,选用金井清滤波白噪声模型,分析了激励强度D及土层阻尼比ξ_g取值变化时对条件可靠性函数和条件概率密度函数的影响.通过与Monte Carlo模拟得到的结果进行对比,验证了解析解的有效性.     

随机扰动下简单电力系统的可靠度反馈最大化

研究随机扰动下简单电力系统的可靠度反馈最大化.应用拟不可积哈密顿系统随机平均法和随机动态规划原理,导出以可靠度最大为目标的动态规划方程和以平均首次穿越时间最长为目标的动态规划方程.通过分别求解相应的动态规划方程,得到最优控制律,受控与未控系统的条件可靠性函数及平均首次穿越时间.最后应用Monte Carlo模拟验证结果的准确性.     

不确定拟哈密顿系统的随机最优控制

本文提出了不确定拟哈密顿系统、基于随机平均法、随机极大值原理和随机微分对策理论的一种随机极大极小最优控制策略.首先,运用拟哈密顿系统的随机平均法,将系统状态从速度和位移的快变量形式转化为能量的慢变量形式,得到部分平均的It随机微分方程;其次,给定控制性能指标,对于不确定拟哈密顿系统的随机最优控制,根据随机微分对策理论,将其转化为一个极小极大控制问题;再根据随机极大值原理,建立关于系统与伴随过程的前向-后向随机微分方程,随机最优控制表达为哈密顿控制函数的极大极小条件,由此得到最坏情形下的扰动参数与极大极小最优控制;然后,将最坏扰动参数与最优控制代入部分平均的It随机微分方程并完成平均,求解与完全平均的It随机微分方程相应的Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程,可得受控系统的响应量并计算控制效果;最后,将上述不确定拟哈密顿系统的随机最优控制策略应用于一个两自由度非线性系统,通过数值结果说明该随机极大极小控制策略的控制效果.     

基于Duffing振子的随机共振研究

随机共振是非线性系统中的一种动力学现象.本文对基于Duffing振子的随机共振现象进行研究,研究了Duffing系统噪声强度与信噪比的关系,不同频率正弦信号与信噪比的关系,以及阻尼比参数对随机共振的影响.研究结果表明,Duffing系统的阻尼比参数对随机共振的影响非常重要,阻尼比参数与输出信号信噪比之间存在着一种复杂的非线性关系,并且会随着Duffing系统参数的改变而变化.     

多自由度拟不可积哈密顿系统的随机分数阶最优控制

推广了适用于分数阶系统控制的随机分数阶最优控制策略,提出了高斯白噪声激励下多自由度拟不可积哈密顿系统以响应最小化为目标的随机分数阶最优控制策略.首先,应用拟不可积哈密顿系统随机平均法,将受控系统简化为关于能量的部分平均伊藤方程.然后,将控制性能指标中关于控制力的部分表示为分数阶形式,结合随机动态规划原理,建立并求解部分平均系统的无界遍历控制的随机动态规划方程,获得了随机分数阶最优控制律.最后,采用一个算例验证了随机分数阶控制策略的控制效果和控制效率.研究表明,随机分数阶最优控制策略对传统的整数阶随机动力学系统同样适用,能比传统的整数阶控制策略取得更好的控制效果.另外,随着激励强度增加,整数阶控制策略的控制效率显著降低;而分数阶控制策略的控制效率虽比整数阶控制策略的控制效率略低,但随着激励强度的增加,分数阶控制策略的控制效率缓慢上升并趋于平稳,可以有效地缓解控制效率与控制效果之间的矛盾.     

含时滞项的双稳系统中平均首次穿越时间的研究

研究了含时滞项的非对称双稳系统中的平均首次穿越时间问题.应用小时滞近似方法,得到了系统的Fokker-Planck方程及稳态概率密度函数,进而得到了系统的平均首次穿越时间的表达式,最后对理论结果做了数值模拟.数值计算结果表明:(1)时滞量的大小对系统的稳态概率密度函数的影响是不一样的,当0<τ<0.175时,系统的稳态概率密度函数曲线仍然为双峰形状;当τ>0.175时,系统的稳态概率密度函数曲线呈现出阱状.(2)在0<τ<0.175时,讨论了系统的乘性和加性噪声强度对系统的平均首次穿越时间的影响,发现平均首次穿越时间T -乘性噪声强度曲线上有最小值出现,而T -加性噪声强度曲线是单调的.     

含不同时滞项的双稳系统中平均首次穿越时间的研究

研究了乘性噪声和加性噪声共同作用下含有两种不同时滞项的双稳系统中的平均首次穿越时间．首先通过近似方法得到了平均首次穿越时间的解析式，然后研究了乘性噪声强度、时滞量及噪声关联强度对平均首次穿越时间的影响．当噪声关联强度取正值时，平均首次穿越时间T1（x-→x＋）是乘性噪声强度及两种时滞量的非但调函数，是噪声关联强度的单调递增函数．包含在确定力与振荡力中的时滞量分别影响T1（x-→x＋）的最大值及对应的噪声强度．平均首次穿越时间T2（x＋→x-）是包含在确定力中的时滞量的非单调函数，是乘性噪声强度、另一种时滞量及噪声关联强度的单调递减函数．     

含随机穿越特征指标的离散系统满意估计问题

当待估量的期望值是一个有界区域时, 对待估量穿越目的域边界问题进行了讨论. 通过对离散估计系统的区域极点、随机穿越特征量等指标的相容性进行分析, 给出了一种满足多指标要求的满意待机估计策略, 并设计了基于双线性矩阵不等式组(BMIs)的求解算法. 所给出的待机估计策略可保证待估量在目的域内平均滞留度满足一定的指标, 同时相对目的域边沿的平均穿越周期尽可能小, 从而达到了待估量在目的域内、外的时间分布更加均匀 的目的. 数值算例说明了所设计的估计策略满足多指标要求.     

随机激励的非线性Markov跳变系统的稳态响应

大量实际工程问题需要用同时包含连续和离散变量的Markov跳变系统来描述.本文介绍了一类随机激励的单自由度(强)非线性Markov跳变系统的稳态响应的研究方法.首先,基于随机平均法导出具有Markov跳变参数的平均It随机微分方程,原系统方程的维数得到降低.接着,根据跳变过程原理,建立Fokker-Planck-Kolmogorov(FPK)方程组,方程组中的方程与系统的结构状态一一对应且互相耦合.求解该FPK方程组,得到Markov跳变系统的稳态随机响应及其统计量.最后,以一个高斯白噪声激励的Markov跳变Duffing振子为例,计算得到不同跳变规律下系统的稳态响应.研究结果表明,Markov跳变系统的稳态响应可以看作是各结构状态子系统稳态响应的加权和,加权值由跳变规律决定.     

First-passage failure of MDOF nonlinear oscillator

First-passage failure of multiple-degree-of-freedom nonlinear oscillators with lightly nonlinear dampings and strongly nonlinear stiffness subject to additive and/or parametric Gaussian white noise excitations is studied. First, by using the stochastic averaging method based on the generalized harmonic functions, the averaged It stochastic differential equation for the amplitudes of the nonlinear oscillators can be derived. Then the associated backward Kolmogorov equation of the conditional reliability func...     

Robustness of non-linear stochastic optimal control for quasi-Hamiltonian systems with parametric uncertainty

The robustness of non-linear stochastic optimal control for quasi-Hamiltonian systems with uncertain parameters is studied. Based on the independence of uncertain parameters and stochastic excitations, the non-linear stochastic optimal control for the nominal quasi-Hamiltonian system with average-value parameters is first obtained by using the stochastic averaging method and stochastic dynamical programming principle. Then, the means and standard deviations of root-mean-square responses, control effectiveness and control efficiency for the uncertain quasi-Hamiltonian system are calculated by using the stochastic averaging method and the probabilistic analysis. By introducing the sensitivity of the variation coefficients of controlled root-mean-square responses, control effectiveness and control efficiency to those of uncertain parameters, the robustness of the non-linear stochastic optimal control is evaluated. Two examples are given to illustrate the proposed control procedure and its robustness.     

一种基于随机平均的最优时滞控制方法

基于时滞系统的随机平均法与随机动态规划原理,提出一种非线性系统的随机最优时滞控制方法．先应用时滞随机平均法,将非线性系统的随机最优时滞控制问题变换成非时滞的最优控制问题;再根据随机动态规划原理,建立其动态规划方程;由此确定最优时滞控制律;最后,通过一个例子说明该时滞控制方法的控制效果．     

时滞反馈力作用下含有分数阶阻尼的随机系统的响应与分叉研究

分析了时滞反馈力作用下含有分数阶阻尼的随机系统,并讨论了该系统的稳态响应及随机分叉.首先,通过对含有时滞项的近似处理以及基于广义谐和函数的随机平均法得到了该系统的稳态响应.然后使用算例对方法的有效性进行了验证,其中主要研究了时滞反馈作用力和分数阶阻尼对系统稳态响应的影响,结果表明上述两者的变化会影响系统的稳态响应并引发随机分叉现象.     

Nonlinear oscillations in a linear stochastic oscillator

The influence of the dependence between the characteristics of an ergodic Markovian switching process and a phase coordinate on oscillator behavior are studied in the paper. Translated from Kibernetika i Sistemnyi Analiz, No. 3, pp. 174–176, May–June, 2000.     

Global analyses of crisis and stochastic bifurcation in the hardening Helmholtz-Duffing oscillator

Crisis and stochastic bifurcation of the hardening Helmholtz-Duffing oscillator are studied by means of the generalized cell mapping method using digraph.For the system subject to a single deterministic harmonic excitation,our study reveals that a series of crisis phenomena can occur when the system parameter passes through different critical values,including chaotic boundary crisis,regular boundary crisis and interior crisis.A chaotic boundary crisis due to the collision of regular attractor with chaotic s...     

Probability‐weighted nonlinear stochastic optimal control strategy of quasi‐integrable Hamiltonian systems with uncertain parameters

The nonlinear stochastic optimal control problem of quasi‐integrable Hamiltonian systems with uncertain parameters is investigated. The uncertain parameters are described by using a random vector with λ probability density function. First, the partially averaged Itô stochastic differential equations are derived by using the stochastic averaging method for quasi‐integrable Hamiltonian systems. Then, the dynamical programming equation is established based on stochastic dynamical programming principle. By minimizing the dynamical programming equation with respect to control forces, the optimal control forces can be derived, which are functions of the uncertain parameters. The final optimal control forces are then determined by probability‐weighted average of the obtained control forces with the probability density of the uncertain parameters as weighting function. The mean control effectiveness and mean control efficiency are used to evaluate the proposed control strategy. The robustness of the proposed control is measured by using the ratios of the variation coefficients of mean control effectiveness and mean control efficiency to the variation coefficients of uncertain parameters. Finally, two examples are given to illustrate the proposed control strategy and its effectiveness and robustness. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.