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。     

基于压电堆和粘弹性材料的新型整星混合隔振系统

摘　要：为了降低振动载荷对卫星的影响,采用压电堆和粘弹性材料作为主被动隔振元件,设计一种新型的整星混合隔振系统,并对其隔振原理进行理论分析。通过有限元方法建立该隔振系统的有限元模型并分析其频率响应特性,根据分析结果,运用特征系统实现算法获取系统的最小阶状态空间模型来设计控制器,完成离线仿真。在此基础上,对低柔性模拟卫星进行整星混合隔振试验。仿真和试验结果表明,整星混合隔振系统能够有效地降低运载火箭传递到卫星的振动载荷。与整星被动隔振系统相比,整星混合隔振系统对低频振动分量具有显著的抑制作用,证明了该隔振系统的可行性和有效性,大大提高了卫星的安全性和可靠性。     

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...     

Deriving operating characteristic equations for overcurrent protection devices based on eigensystem realization algorithm

Accurate representation of the operating characteristics of conventional inverse-time overcurrent (OC) protection devices plays an important role in protection coordination schemes. Based on the singular value decomposition of the Hankel matrix, this study uses the eigensystem realization algorithm to curve-fit the characteristic curves of OC protection devices under the digital state-space model and obtain the equations of their operating characteristics. This study applies the proposed method to four types of OC protection devices, including two electromechanical OC relays, one digital OC relay, and one power fuse. One characteristic curve from each protection device is selected for curve-fitting. For all four OC protection devices, the absolute error values for the hundreds of sample points between the actual characteristic curves and the corresponding curve-fitting equations are all less than 10 ms. The numbers of fitting components required are determined by the desired maximum absolute values of errors for the fitting equation. Finally, this study uses the derived equation to construct the characteristic curve of customized OC relay to solve the coordination problem of power system protection.     

基于自由振动响应识别颤振导数的特征系统实现算法

桥梁断面的颤振导数在研究桥梁风致颤振稳定性上扮演着重要的角色，通常通过节段模型风洞试验获得。提出采用时域特征系统实现算法来识别节段模型振动系统的模态参数，进而提取桥梁断面颤振导数的方法。为验证该方法的可行性，进行了二自由度流线型薄平板节段模型自由振动风洞试验，并将识别的气动导数值与Theodorsen理论解进行了比较。     

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。     

特征系统实现算法的小波去噪方法研究

ERA/DC利用脉冲响应数据构造Hankel矩阵时运用了相关技术,因此对信号中的白噪声有抑制效果,但实际数据所含的噪声中,除随机噪声外,还有尖脉冲噪声、漂移等其它噪声.为了获得理想的识别效果,利用小波算法对脉冲响应数据进行去噪处理,再用ERA/DC进行识别.两自由度的阻尼弹簧质量系统以及卫星缩尺模型的仿真结果表明,小波去噪方法对多种噪声形式均有抑制作用,能提高ERA/DC的识别精度,可用于ERA/DC识别的信号去噪.     

航天器太阳帆板伸展过程最优控制的粒子群优化算法

讨论航天器太阳帆板伸展过程中航天器姿态运动的最优控制问题。利用多体动力学方法导出带太阳帆板航天器姿态运动方程。在系统角动量为零的情况下,带太阳帆板航天器系统的姿态运动控制问题可转化为无漂移系统的非完整运动规划问题。在非完整运动规划中引入粒子群优化算法,通过控制太阳帆板伸展运动可同时获得航天器姿态的期望位形。数值仿真表明,该方法对太阳帆板伸展过程中航天器主体姿态控制是有效的。     

基于OKID的损耗因子辨识方法研究

提出了利用观测器/卡尔曼滤波辨识(OKID)方法辨识系统的最小阶功率流模型.首先直接由测量的输入功率和能量的时域数据辨识功率流系统的Markov参数,然后利用特征系统实现算法得到功率流模型的最小实现.同时对统计能量分析模型修正方法进行了改进,将初始模型子系统间的耦合信息作为附加约束条件,并根据约束最优化思想寻求初始损耗因子相对误差矩阵的最小范数解,进一步可得到辨识的损耗因子参数.通过5子系统结构的实例仿真分析,验证了OKID功率流模型辨识方法可行并具有很好的抗噪性能;与传统SEA模型修正算法相比,改进方法对初始SEA模型有更好的适应性,修正参数更好地保持了物理意义.研究的辨识方法可有效提高内损耗因子和耦合损耗因子的实验辨识精度,扩展实验SEA参数识别的工程应用范围.     

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。