基于有限元和系统辨识的智能结构主动控制

探讨了一种压电智能结构的设计方法,包括动力学建模、控制器设计和闭环系统有限元仿真。首先采用有限元方法计算滤过白噪声激励下压电智能结构的响应,以此响应作为系统辨识方法的输入,采用基于观测器/K a lm an滤波器的系统辨识方法(O bserver/K a lm an filter iden tification,OK ID)得到系统的M arkov参数,亦即单位脉冲响应的采样值,然后采用特征系统实现算法(E igensystem R ea lization A lgorithm,ERA)得到系统的最小实现,基于此模型采用LQG优化算法设计鲁棒控制器,并将反馈控制引入有限元模型进行闭环系统仿真,根据仿真结果评价设计方案。此方法克服了有限元模型无法直接用于控制器设计的缺点,通过将反馈控制引入有限元模型,可用有限元方法研究控制器的性能,也适用于设计其它复杂智能结构。     

密频系统模态参数辨识及其振动控制的研究进展

由于结构越来越复杂（如典型的大型柔性空间结构、准对称结构等）,系统的自由度不仅大大增加,还存在频率集聚现象。针对密频系统的模态参数辨识及其振动控制问题,从密频模态的判定准则,密频系统的模态分析方法、模态参数辨识方法,密频系统的可控性和可观性、模态截断准则以及密频系统振动控制律的设计等几个方面进行了较为全面的总结和回顾,对其中的辨识方法及判定准则作了比较。最后给出了密频系统的模态参数辨识及其振动控制中目前难以解决的问题,并指出这些方法将在卫星太阳能帆板、直升机旋翼、涡轮发动机叶片等存在密集模态的结构方面有着广阔的应用前景。     

振动控制的最优反馈特征结构配置

依据系统响应与特征结构配置的内在关系，本文提出了振动控制的最优反馈特征结构配置，将目前尚未解决的控制指标参数选择与结构固有特性配置联系起来，针对结构所承受的载荷形式．利用多目标优化理论，确定出系统的理想特征结构，通过建立满足理想特征结构配置的目标函数以及保证最优性的Ｌｙａｐｕｎｏｖ约束方程；使经过优化求得的控制反馈具有满意的控制品质，而且消耗的控制能也最小。     

多自由度系统振动控制仿真和实验

对于复杂的多自由度系统的振动控制，耦合问题是一个难点。分析分析了对多自由度系统采用多个单输入单输出的控制方法的条件，即控制线性系统的一组广义坐标来达到控制整个系统的目的。应用这种理论，对一个两自由度系统进行了实验研究，并采用六组独立的LMS自适应算法，对一种特殊的六自由度结构——立方Stewart平台——进行振动控制过程仿真，实验和仿真效果均把原振动减小了90％以上。     

振动主动控制中的时滞动力学问题

反馈环节的时滞会导致受控系统失稳，制约着振动主动控制技术的发展和应用。本文概述了作者近期对含时滞振动控制系统动力学的研究，包括：线性单自由度时滞系统的稳定性判据，线性多自由度小时滞系统的稳定性分析方法，Ｄｕｆｉｎｇ时滞系统的主共振与亚谐共振分析，时滞系统周期运动及稳定性的数值分析等。最后，指出了值得研究的一些问题。     

回转式振动控制装置参数优化设计

针对直线AMD行程受限的问题,引入旋转的概念,结合直线电磁AMD驱动方式,提出了电磁驱动的回转式振动控制装置(RVCD).RVCD利用质量块在轨道上做回转运动为结构提供主动控制力,从而减小土木工程结构在服役过程中受到外界干扰时的振动响应.由拉格朗日方程,建立了结构和装置耦合系统的力学模型,通过无量纲化处理以及全局坐...     

多管火箭定向管振动控制设计

为了减小多管火箭在发射过程中定向管振动对火箭弹起始扰动的影响,考虑多管火箭的噪声干扰,基于多体系统传递矩阵法建立了多管火箭动力学模型,在模态空间下设计了H2最优控制器控制定向管振动,进行了数值仿真,并把H2最优控制器与PD控制器进行了仿真对比,结果表明,采用H2最优控制器的系统不但具有良好的瞬态和稳态性能,而且具有较好的抗干扰能力,能有效地抑制噪声干扰,增强了控制系统的鲁棒性能.     

两结构联系振动控制体系及控制元件参数优化

本文提出了两结构依靠控制元件（弹性及阻尼元件）联系组成的两结构联系振动控制体系。给出了控制元件在两结构间优化布置的设计方法及控制元件参数（弹簧刚度、阻尼元件阻尼值）的优化设计方法。应用本文的方法，对两结构联系振动控制系统进行优化设计，得到经济的优化设计方案。     

系统振动控制的研究现状和发展趋势

本文主要介绍了系统振动控制的概念和意义,振动控制的理论依据及分类方法;详细介绍了被动振动控制,主动振动控制和主、被动一体化振动控制三种振动控制方法,并且比较了它们的优缺点,最后论述了现阶段振动控制存在的问题和发展趋势。     

基于神经网络的悬臂梁在线辨识与振动主动控制

针对压电悬臂梁结构进行了基于神经网络在线辨识的振动主动控制研究。设计了基于NARMA-L2神经网络模型的在线辨识器和振动主动控制器,分析了神经网络各层的输入输出结构,建立了神经网络权值和阈值调整公式。在此基础之上,进行了外扰激励为单频和扫频信号时系统的在线辨识和振动主动控制实验,结果表明：该控制系统对悬臂梁的振动响应有较好的抑制作用和较强的鲁棒性。     

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。     

结构振动控制系统最优控制力及控制作用最优分布的一般算法

基于随机最优控制的分离原理,在独立的模态空间中,得出了结构振动控制系统最优控制力、控制作用最优分布、结构振动控制系统受控响应、结构振动控制系统控制溢出等问题的一般算法,阐明了这些问题对应用研究及工程实践的理论意义。     

太阳能电池阵地面展开试验的仿真技术

根据太阳能电池阵在地面展开试验条件下的受力状态,提出了蜗卷弹簧、空气阻力、气浮平台摩擦力、铰链副阻力矩等受力条件的定量计算方法,利用Lagrange方程建立了电池阵展开过程的动力学方程,由此对太阳能电池阵的地面展开试验进行了动力学仿真。对于空气阻力,提出了利用空气流场的动能表征阻力矩的简化处理方法,即空气阻力矩正比于广义附加质量的模型。     

扩展特征系统实现算法在结构模态参数识别中的应用

特征系统实现算法(ERA)需要以自由响应或脉冲数据作为前提,而实际工程中,随机荷载作用下的响应较为常见.该文在ERA算法的基础上进行扩展,引入观测马科夫(Observer Markov)参数,推导并提出扩展特征系统实现算法(EERA),使其可以应用于随机荷载下的强迫振动响应,提高计算精度.该文首先引入3个自由度数值模拟...     

结构随机振动混合控制整体优化

建立了与随机振动主动控制等价的随机振动混合控制系统方程,选取混合控制中主动外加能源指标函数最小为优化目标,实现了在物理空间的随机振动混合控制整体优化;在对结构模态参数灵敏度分析的基础上,给出了模态空间内实现混合控制整体优化的方法.对受零均值平稳白噪声激励的建筑结构实施混合控制整体优化方案,计算结果表明当被动控制部分合理设计时,主动控制部分所需外加能源指标将显著下降.     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

空间刚柔性机械臂振动抑制的LQ最优控制方法

以双连杆空间刚柔性机械臂为对象,建立了非线性动力学方程。运用线性二次型最优控制方法讨论机械臂消除残余振动的控制问题,给出相应的最优控制规律,通过算例仿真计算,表明控制规律的有效性。     

扩展特征系统实现算法的模态参数识别特性研究

结构动力响应作为模态参数识别的输入数据,对识别结果存在一定的影响。扩展特征系统实现算法(EERA)是一种多输入输出的结构模态参数识别的时域方法,相比于特征系统实现算法(ERA)应用范围可以扩展到任何随机响应,具有识别精度高、稳定性好等特点。该文主要对EERA算法,在分别采用加速度、速度和位移动力响应作为输入时,对两个自由度弹簧阻尼质量系统和实验室环境下6层框架结构识别的结果进行了比较分析,得出EERA对任何动力响应均适用,并且建议采用加速度动力响应信号识别高阶模态。     

一种严密的结构最优控制极值条件及算法实现

针对结构振动控制的特点,导出了可用于时域响应最优控制的极值条件。该组表达式对于采用线性二次型最优控制的强迫振动系统而言,是概念上严密的极值条件。对比了几种现有最优控制算法的思路,介绍了对结构控制算法建模思路进行改进的技术要点。利用伴随方程与状态方程形式上的相似性,用数值方法实现了一种新的结构最优控制算法。选用由作者承担设计过的三个实际隔震工程作为算例,对比了输入三种不同地震波时各种算法在模型表达和减震效果上的几个重要特点。