考虑外部激励的高层建筑作动器优化布置研究

针对可控能量准则未考虑外部激励的问题,以可控Grammian矩阵为研究对象,分析了外部激励对可控Grammian矩阵的影响程度,选取可控Grammian矩阵中受影响较大的模态进行优化控制,得到了 一种针对特定模态的可控能量准则.以20层Benchmark模型为研究对象,对比了作动器均布、可控能量准则以及针对特定模态的可...     

双层球面网壳振动主动控制作动器位置优化

为了确定双层球面网壳结构振动控制的作动器最佳布设位置/数目,以主动控制的二次型性能泛函最优控制理论为基础,定义作动器布设的敏感度,提出逐步删除结构中敏感度小的作动器优化过程,并编制相应的作动器优化实现程序.算例表明,对于双层球面网壳结构,作动器布设在上、下弦杆优于腹杆,且布设在上弦优于下弦;在结构位移和作动器的控制力均满足设定的要求下,结构上弦作动器布置距离中心越远其灵敏度越大,环向布置优于径向布置,作动器最佳布设位置在结构上弦的最外圈环向杆件上.算例进一步表明,对于不同的地震动输入,作动器在最佳位置上,相应的主动控制的效果均比较明显.     

多点力矩作动器的最优配置问题的研究

根据最优控制理论，通过对多点力型动作器位置的仿真研究可以看出：力矩型作动器在柔性结构上的最优位置呈区间分布，于工程实现；基于最优控制的最佳力矩型作动器位置配置能显著地衰减柔性结构的低频振动，且只需要很小的控制作用。     

基于压电堆式作动器的主动隔振研究及其仿真分析

以压电堆为作动器并安置于某机载精密仪器结构中,建立了结构主动隔振系统的动力学模型;针对该模型,建立了基于线性二次型Guass(LQG)最优控制理论的控制方法,对结构振动隔离的理论方法进行了研究并基于Simulink进行了数值仿真分析.仿真结果显示,所研制的隔振系统能够很好地隔离源自基座的位移激励,证明了所研究的隔振方法在理论上是有效的和可行的,从而为进一步的实验研究奠定了基础.     

光电层合抛物薄壳的主动控制

利用光致伸缩作动器的非接触激励特性,对抛物薄壳进行主动控制研究。通过对激励光源的开关控制,实现光致伸缩作动器的伸缩激励特性。基于Membrane简化理论,提出一组满足自由边界条件下的抛物壳模态形状函数,并推导出光电层合抛物薄壳的模态控制方程。将LQR状态相关控制与光源激励策略相结合,确定抛物薄壳的主动控制策略。通过数值仿真得到了光致伸缩作动器输出控制力及抛物壳位移响应曲线。结果表明:光致伸缩作动器可实现对抛物薄壳的主动振动控制,且振动抑制效果明显。     

磁悬浮作动器的串级PID控制设计与试验

为提高主动隔振系统的稳定性和改善系统的控制质量,利用系统辨识得到磁悬浮作动器控制通道的数学模型并设计相应的串级比例-积分-微分(proportion-integral-derivative, PID)控制器:系统的内环为加速度环,主要控制隔振台的加速度;系统的外环为位移环,使隔振台回到中心位置并调节加速度控制器的参考值。利用一阶系统理论分析串级PID控制的动态性能,通过在Matlab中建立串级PID仿真控制模型验证理论结果,利用单自由度试验平台设计串级PID控制系统,对比试验和仿真加速度传递率,分析加速度控制效果。试验结果表明:采用串级PID控制方法,控制对象在1~25 Hz频段内的衰减幅度为-22.5~-2.2 dB,实现了有效的振动控制。     

梁的主动振动控制仿真研究

以系统的位移作为反馈信号，研究在模态空间下立动振动控制问题，分别对系统模型、控制方法及其策略特点作了论述，给出了计算机仿真结果。结果表明该控制方法效果是显著的。     

利用压电自敏感致动器实现挠性结构振动的主动控制

以粘贴有压电自敏感致动器的挠性梁振动主动控制为例,论述了进行挠性结构传感器／致动器及控制系统一体化研究的方法。文中给出了压电自敏感致动器的电路模型及自敏感致动器的应变测量和应变速度测量电路,推导了测量公式。以玻璃钢材料的挠性梁为实验对象,采用自适应滤波技术来实现振动主动控制。控制系统由ＴＭＳ３２０Ｃ２５及４８６计算机组成的主从机系统实现。实验结果表明此种控制方法是有效的。     

可调节力机械作动器及其控制算法

主动消振是近年来船舶振动控制领域发展起来的一项新技术．一种用于船舶主动消振的新型可调节力机械作动器已经研制出来,首先介绍了这种机械作动器的工作原理和结构,然后根据主动消振理论,结合机械作动器的实际需要,提出了2种机械作动器最优相位和偏心距的计算方法——调相解析法和动态补偿自寻最优控制算法．应用这2种控制算法控制机械作动器进行船舶主动消振仿真试验的结果证明了它们的可行性和实用性．该机械作动器对船舶振动具有良好的控制效果。     

基于二次型性能泛函的主动控制致动器优化配置

致动器过多不仅增加控制能量和成本,而且会增加控制难度及降低控制效率。已有的优化配置研究中,已对一定数目致动器的位置配置进行了探讨,而对致动器的最优数目研究较少。本文首先根据致动器对结构系统的状态影响矩阵中控制贡献大小,提出控制系统中致动器最优数目的优化方法;然后根据致动器的灵敏度,提出改进的最优致动器布置计算方法及算法流程,提高计算效率,并通过实例进行了验证,说明本文提出改进的致动器优化配置算法流程的适应性和有效性,更能适应于大型土木工程结构主动控制中的致动器优化配置。     

基于有/无源混合执行器的力觉交互装置

针对虚拟现实系统中由有源或无源执行器单独驱动的力觉交互装置存在体积大、安全稳定性差和无法主动给操作者施加力等问题,提出了一种由有/无源混合执行器共同驱动的力觉交互装置.在分析无源流变电机结构、实现原理和性能的基础上,研究了基于无源流变电机/有源电机力觉交互装置的设计方法,其结构特点是输出力在有源电机和无源流变电机的共同驱动下产生.提出了基于混合执行器的力觉交互装置控制方法,构建了力觉交互平台并进行了实验研究.实验结果表明,基于有/无源混合执行器的力觉交互装置,不仅克服了基于有源或无源执行器力觉交互装置的缺点,还具有高保真性和输出力可控制范围大等优点.     

Optimization of actuator/sensor position of multi-body system with quick startup and brake

A new method was put forward to optimize the position of actuator/sensor of multi-body system with quick startup and brake. Dynamical equation was established for the system with intelligent structure of piezoelectric actuators. According to the property of the modes varying with time, the performance index function was developed based on the optimal configuration principle of energy maximal dissipation, and the relevant optimal model was obtained. According to its characteristic, a float-encoding genetic algorithm, which is efficient, simple and excellent for solving the global-optimal solution of this problem, was adopted. Taking the plane manipulator as an example, the result of numerical calculation shows that, after the actuator/sensor position being optimized, the vibration amplitude of the multi-body system is reduced by 35% compared with that without optimization.     

Experimental and theoretical study on vibration control ofbase-isolation with energy transducer

In order to evaluate the effects of structural control and energy transition for the base-isolation with energy transducer (BIET), shaking table tests on a steel frame model (BIET system) with scale of 1:4 were conducted and the results were compared with the lead rubber bearing (LRB) isolation system for the same model. Then numerical analysis of the system was carried out, in which the improved Wen analytic model was used to simulate the hysteretic law of transducers. The results show that the structural system can transform the partial earthquake energy to hydraulic energy; furthermore, the effect of structural control can reach or be close to that of the LRB isolation system. The agreements between numerical analysis results and those of shaking table tests demonstrate the accuracy of the numerical model.     

A control model for hysteresis based on microscopic polarization mechanisms in piezoelectric actuator

Aiming at the limitation of control accuracy caused by hysteresis and creep for a piezoelectric actuator, the hysteresis phenomenon is explained based on the microscopic polarization mechanism and domain wall theory. Then a control model based on polarization is established, which can reduce the hysteresis and creep remarkablely. The experimental results show that the polarization control method is with more linearity and less hysteresis compared with the voltage control method.     

新型微直线驱动器的设计和控制

为减小机器人灵巧手的尺寸,提高其性能,研究了一种新型的集成式微直线驱动器．该驱动器将微型无刷直流电机、旋转一直线转换和减速机构融为一体,并且具有直线位置检测、电机位置检测和极限位置检测等多种感知功能,体积小,输出力大．基于DS1103控制板,建立了驱动器的控制系统．基于多种位置传感信息,利用PID控制,实现了驱动器的轨迹跟踪．该驱动器及其控制系统已经成功地用于HIT灵巧手．     

Research of the algorithm of the closed-loop control system to control the piezoelectric actuator

The piezoelectric actuator has been widely used in precision instruments and precision control. However, hysteresis, nonlinearity and creep exist in the actuator, which limit actuator applications and affect accuracy. This thesis introduces fuzzy control as the algorithm of a closed-loop control system to control the piezoelectric actuator. Fuzzy control can make this closed-looped system not only have high linearity, repeatability,accuracy and few overshoot, but isalso easily used.     

执行器故障时不确定线性系统的能稳定方法

针对一类含有不确定性和部分执行器故障的系统,从能控性和能稳性的角度,研究了不确定性故障系统的功能冗余性分析问题,把问题中的不确定性和部分执行器故障转化成一个可量化的数学模型,并相应地给出了确定性能控故障系统到不确定故障不能稳定系统的距离.算例说明了文中方法的有效性.     

船甲板消振作动器优化模糊控制

为了消除船舶结构由于发动机不平衡矩所引起的振动,研究了一种新型作动器及其控制算法.作动器通过利用由电机带动等速反向旋转的偏心质量所组成的电气机械装置而产生单一方向上的激励力,该激励力的幅值可通过连杆系统改变偏心质量调整偏心矩.由于激励频率及幅值可在线调节,其应用范围得到扩大,但同时使得整个系统的控制方程为非线性.利用模糊控制算法无需预知系统结构参数的特点,在作动器与发动机相位角调整方面提出了优化模糊控制算法,可依据实验数据确定控制规则,由程序进行分段线性优化.实验结果表明,所提出的优化模糊控制算法,可显著提高相位跟踪精度,缩短相位角调整时间,有效地消除了船舶结构的振动.