粘滞阻尼减震结构最优极点配置与随机振动分析

粘滞阻尼器可看作仅能提高结构的阻尼而不增加结构刚度,使状态反馈增益矩阵中相应于位移分量的刚度矩阵系数为零,针对LQR算法对此无法实现的事实,在文献[1]的基础上提出一种基于粘滞阻尼减震结构的最优极点配置算法。首先,建立了大、小震作用下粘滞阻尼结构的数学模型,确立了统一的状态空间表达形式,在考虑外界扰动的情形下采用传递函数理论分析了零极点配置对系统性能的影响;其次,详细介绍了基于粘滞阻尼减震结构的零极点配置算法;最后,将随机振动的虚拟激励法与给定极点配置算法结合对给定工程算例进行了随机响应进行了分析,结果表明本文算法与分析的有效性与正确性。     

振动系统PID零极点配置理论

为实现振动系统闭环零极点的任意配置同时避免振动系统成为奇异系统,该文提出将积分反馈引入经典动柔度振动控制方法的主动振动控制方法。首先将PID输入反馈引入多自由度线性系统自由振动方程,经拉普拉斯变换,由Sherman-Morrison公式得到闭环系统柔度矩阵。由于此时闭环系统为正定系统,若预设零极点均自共轭且具有负实部,即可由Moore-Penrose广义逆求得PID输入反馈零极点配置理论增益向量解。同时提出系统可配置极点数目、传感器及反馈增益合理配置的概念及其计算方法。最后给出数值实例以验证该理论闭环极点、零点及零极点分配的准确性及有效性。     

压电柔性机械臂的实验辨识及最优极点配置抑振控制

研究了压电柔性臂系统的实验辨识和基于极点配置法的振动主动控制问题。针对粘贴应变传感器和压电致动器的压电柔性臂系统,提出了零点重新分布的理论传递函数模型。通过扫频实验采用频域辨识方法确立了从压电致动器控制电压输入到应变桥路电压输出的实验传递函数模型,辨识模型与实际结构响应吻合程度达94.8%。并通过多频激励实验证实了辨识模型与实际结构具有较高的一致性。利用辨识得到的传递函数模型建立了系统状态方程表达式,提出了一种移动距离最短、满足系统闭环阻尼要求的闭环极点位置确立方法。不同闭环极点下的数值仿真和实验结果均证明了采用的最优极点配置方法的有效性。实验结果表明,柔性臂在特定激励和外界干扰激励下产生的弹性振动均得到了有效抑制。所提出的模型辨识方法和极点配置策略是可行的。     

主动杆系结构的稳定性分析

利用开环系统零极点和闭环系统的根轨迹方法,分析主动杆系结构的稳定性问题。通过理论与数值分析,揭示同位配置的主动杆系结构的开环零极点具有相间排列的性质,而其闭环系统的根轨迹,无论控制增益怎么变化,其均在复平面的左半平面,因此同位配置主动杆系结构具有渐近稳定性,并且其稳定性不随结构参数的变化而变化,亦即具有稳定鲁棒性。     

并置压电传感／作动器的最优配置及反馈增益研究

提出了一种改进的模拟退火算法,对应用离散分布压电智能传感/作动器进行柔性结构振动控制的一体化全局最优配置问题作了研究。首先,给出了压电陶瓷作动器对结构产生激励的频响函数;其次,对并置的直接速度反馈控制方法,以主动控制后系统所贮存的总能量为目标函数,对压电陶瓷作动器的安放位置及反馈增益,以改进的模拟退火算法进行优化,可方便地获得全局最优解;最后以悬臂梁为例,分别给出了单点并置问题和多点并置问题的最优配置,验证了该方法的有效性。     

AMD系统的自适应最小控制合成（MCS）算法

结构主动质量阻尼（AMD）系统在地震和强风作用下,能够根据外部荷载的变化,依据某种控制算法实时计算控制力并主动施加到结构上,从而减小结构的振动响应。AMD系统对于结构振动控制效果取决于控制算法,为此将MCS自适应控制算法应用到AMD系统中,由于该算法不需要事先知道受控结构的力学模型和参数,具有很好的鲁棒性能,非常适合应用于结构振动控制中。据此推导参考模型MCS自适应算法的控制方程,提出降低地震能量控制的参考模型,对AMD装置的两层框架结构的仿真分析,并在UCIST II小型振动台上进行控制算法试验,且与传统的极点配置算法进行比较。结果表明：采用MCS自适应算法可以结构受控响应保持与参考模型预期的响应一致,其控制的效果要优于传统极点配置算法的控制效果。     

京基100大厦AMD控制系统在线计算关键技术研究

研究了高耸结构AMD控制系统在线计算的关键技术。为实施在线实时控制,本文采用集中质量法将原结构简化为二维串联多自由度模型,且所建模型能较好反应原结构动力特性,为结构主动控制在线计算提供了兼顾计算精度和效率的数值模型;分别设计了H2/LQR控制算法、极点配置算法、模糊神经网络控制算法等三种主动控制算法,并作对比分析以选择最合适的算法及相关参数;本文设计了基于加速度的状态观测器,基于此观测器确定了加速度传感器的安装位置。     

振动主动控制中传感器/作动器最优配置问题的模拟退火方法研究

本文对应用改进模拟退火算法对柔性结构振动主动控制中传感／作动元件配置问题进行了研究,它能有效地、方便地解决全局最优配置问题,从而有效地进行振动控制。并以一悬臂梁为例,通过单点并置问题和多点并置问题分别给出了最优配置,验证了该方法的有效性。     

超长柔性臂架回转振动主动控制研究

针对超长柔性臂架回转振动过大问题,结合臂架结构特点基于有限单元法建立臂架回转动力学模型,分析臂架回转系统振动特性。采用模态滤波技术及最优极点配置算法进行主动控制策略设计与理论分析,并搭建主动控制试验系统,进行超长臂架回转振动主动控制试验。试验结果表明,该振动主动控制方法能有效提升受控系统阻尼比(增幅920%),显著抑制臂架回转振动衰减时间(减幅73%),振动控制效果明显,不仅对研制更长臂架泵车具有重要的理论及应用价值,且对所有具有超长柔性机械臂高端装备回转振动控制具有重要参考价值。     

基于遗传算法的LQR算法中权矩阵的优化分析

LQR控制算法是目前结构主动控制设计分析时最广泛采用的方法。在LQR算法中,权矩阵Q和R的选取直接影响着结构的动力反应和控制力。目前如何确定最优形式和大小的Q和R以获得全局最优控制力仍然是个难题。采用遗传算法,在一定的目标函数下对LQR算法中权矩阵Q和R进行优化,使其控制效果能够满足结构性能要求,并对优化结果下的动力反应进行了分析比较和结果的验证。