具有无穷平衡点的新混沌系统动力学分析与振动控制

提出了一个新的三维混沌系统,对它奇特的动力学行为展开了理论分析和数值仿真。此系统具有无穷多个平衡点,全部位于一个平面的双曲线上。在状态和参数的组合变换下,系统能生成对称的隐藏吸引子。在双参数的对称变换下,混沌具有不变性。同时,系统轨道出现了大幅度的跃迁现象。最后,设计出单参数调节的线性状态反馈控制器,在有限时间内消除混沌。     

高阶隐藏混沌系统研究

该文设计了一个新颖的具有线平衡点的四阶混沌系统,发现系统具有隐藏吸引子。计算系统的雅可比矩阵,从理论上分析了系统平衡点的稳定性,借助四阶龙格库塔法,采用数值模拟法得到系统的相图、分岔图、李雅普诺夫指数谱和庞加莱截面图,研究结果表明该系统具有隐藏吸引子,不仅对系统参数敏感,还对初始值敏感,且动力学特性非常丰富,并在不同初始值下表现出了多稳定性。     

单相H桥光伏逆变器的混沌控制EI北大核心CSCD

逆变器是强的非线性系统,它通常具有复杂动力学现象,例如跨临界分岔、倍周期分岔等,它会大大增加输出电流的谐波含量,降低变换器的效率,使其发生振荡乃至崩溃。目前大多数混沌控制存在建模困难、控制效果不明显、稳定性不强的缺点。针对此,提供了一种全新的混沌抑制方式,即改进余弦延时反馈控制(improved cosine delay feedback control, ICDFC)。该方式先使用被控对象的输出量和自身延时一个周期的差值作为反馈量,该反馈量再经过余弦函数环节和反馈控制参数之后得到控制信号,并将该控制信息以反馈形式直接作用到被控对象中。同时构建系统频闪映射模型并寻求系统的Jacobian矩阵和平衡点,最后基于朱里判据给出了反馈控制参数的限定条件。为说明所提出混沌控制方法的优越性,开展了大量的仿真模拟试验,并与指数延时反馈控制进行比较。结果表明,ICDFC能更有效地抑制逆变器的混沌行为,且大大增加了系统运行的稳定域。     

接地棒辅助钻机振动特性分析EI北大核心CSCD

为分析接地棒辅助钻机工作过程中的振动并对其改进。建立接地棒辅助钻机的仿真模型,进行参数设置,对接地棒辅助钻机进行整机模态分析,得到整机的固有频率及振型,使用有限元分析法对接地棒辅助钻机进行瞬态动力学分析,得到不同电机转速、不同载荷下机器的振动加速度与频谱。通过整机动态信号测试,得出各个测点的振动加速度与频谱。仿真结果与试验结果对比,吻合度较高。仿真与试验结果表明电机转速对接地棒辅助钻机振动特性影响较大,载荷对其影响较小。对接地棒辅助钻机进行减振优化,对比优化前后的接地棒辅助钻机的振动加速度幅值与应力应变,结果表明,该优化方案对机器的减振是有效的,提高了接地棒辅助钻机工作的稳定性与使用寿命。     

结合机器人柔体动力学和关节力矩反馈的振动控制EI北大核心CSCD

工业机器人的柔性传动部件降低了关节刚度,导致机器人末端存在振动问题。首先对柔性关节控制系统建模,分析其振动特性,并简述关节力矩反馈控制(joint torque feedback,JTF)的抑振原理。由于大部分商用工业机器人无配置关节力矩传感器,且存在重力项力矩和摩擦力矩,故建立柔体动力学方程并给出基于最小二乘法(ordinary least squares,OLS)的参数辨识方法,对重力项力矩和摩擦力矩进行估计,进而提出实时关节力矩估计方法。最后基于六自由度工业机器人搭建试验平台,柔体动力学参数辨识试验结果表明所述动力学模型能准确估计电机力矩,满足反馈控制的应用要求。振动控制试验中,在比例控制下,圆弧和直线振动信号能量最大分别减少达27.61%和26.25%;在比例-微分控制下,最大分别减少达37.56%和41.00%;在改进的“补偿+比例-微分控制”下,最大分别减少达38.32%和45.63%,验证了基于动力学模型的关节力矩反馈振动控制方法的有效性。     

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制EI北大核心CSCD

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。     

波动温度环境下形状记忆合金梁的参激振动控制EI北大核心CSCD

引入形状记忆合金多项式本构模型描述材料的热力学行为,导出形状记忆合金梁在横向周期力扰动下的非线性动力学控制方程,从而研究合金梁在波动变化温度场中的参数激励振动控制。数值分析表明,温度对形状记忆合金梁的弹性模量和振动特性影响很大,且利用最大Lyapunov指数法可以获得临界温度值,当温度在该临界温度值附近波动时可以实现形状记忆合金梁的参数激励振动控制。最后,讨论临界温度值受外激励振幅和频率的影响,从而拓展所提出方法的实际应用。     

《振动工程学报》征稿简则EI北大核心CSCD

《振动工程学报》是反映振动工程研究成果的学术刊物,由中国振动工程学会主办,南京航空航天大学出版,双月刊,国内外公开发行。《振动工程学报》欢迎国内外作者自由投稿。一、刊登内容 《振动工程学报》主要刊登以下内容的综合评述、专题研究论文：振动理论及其应用,模态分析与试验,非线性振动,随机振动,机械动力学,结构动力学,转子动力学,动态设计与测试,动态信号分析,故障诊断,振动、冲击与噪声控制,振动环境预估与监测,振动利用,动力稳定性,流一固、气动弹性等耦合振动,土动力学,其他。     

具有多种平衡点类型的大范围混沌系统及其拓扑马蹄

提出了一个新的三维混沌系统。通过调节系统中的参数,使系统在保持混沌动力学行为的同时分别具有多种类型的平衡点,即一个不稳定平衡点、无平衡点、无穷平衡点和一个稳定平衡点。此外,随着参数和初始值的变化,发现系统是一个大范围的混沌系统,且在无对称性条件下具有共存吸引子。分析了系统的基本动力学行为,包括系统的相图、Lyapunov指数谱和分岔图。利用拓扑马蹄理论和数值计算,找到了系统的拓扑马蹄,并获得拓扑熵,进一步从理论上证明系统的混沌特性。     

计及身管柔性补偿的高速机动坦克炮口振动仿真与控制研究EI北大核心CSCD

炮口振动是影响坦克行进间射击精度的关键因素,为了减小身管柔性等火炮结构非线性因素对炮口振动的影响,提出了将炮口中心角位移作为稳定器误差补偿信号的炮口振动控制方法,研究构建了考虑身管柔性的炮口误差信号补偿模型。同时,基于自适应鲁棒控制方法,建立了考虑垂向稳定器的坦克行进间机电液耦合动力学模型,计算并分析了所提炮口振动控制方法对坦克行进间炮口振动的控制效果,研究结果表明,身管柔性等火炮结构非线性因素导致坦克行进间炮口中心角位移与摇架处差异较大,而所提炮口振动控制方法可有效控制这些因素影响下的炮口振动,大幅提高坦克垂向稳定器的综合稳定效果。     

电动汽车混沌振动信号的小波神经网络预测EI北大核心CSCD

对某款电动汽车进行了实车试验,研究电动汽车的混沌动力学特性,并建立了小波神经网络预测模型对混沌时间序列进行预测。在中等比利时路面上对电动汽车进行实车试验,得到右前轮心垂向和电池底部中心垂向的振动加速度信号。对采集到的信号进行时频分析,计算得到三维相图和庞加莱截面,利用互信息法计算时间延迟,Cao法计算嵌入维,并利用Wolf方法计算得到最大李雅普诺夫指数,发现振动加速度信号存在混沌运动。利用小波神经网络对右前轮心垂向的混沌时间序列进行预测,表明利用小波神经网络对混沌时间序列进行预测能取得较好的预测效果。     

含附体结构主被动隔振系统的性能分析EI北大核心CSCD

针对典型的多振动传递路径系统,建立了附加弹簧的双层主被动隔振系统模型,分析了刚性基础和弹性梁基础的情况下该系统的力传递率和能量传递特性,讨论了附体刚度、阻尼比、基础刚度等系统参数对隔振性能的影响,并分析了有源控制的作动器位置对系统隔振性能的影响,为含附体结构主被动隔振系统的设计提供了理论依据。     

基于时间有限元的弹簧摆动力学新解法EI北大核心CSCD

弹簧摆问题是一种刚柔耦合的非线性动力学问题,随着电力技术的发展,弹簧摆在高压电塔减震方面获得了大规模的应用,但其动力学仿真还存在很多不完善之处。对此该文提出了一种利用时间有限元与保辛递推算法求解弹簧摆问题的新方法。该方法通过对弹簧摆的非线性摆动问题进行了近似积分处理,并对作用量采用矩形和梯形积分的方法获得保辛递推的形式。在提高求解速度的同时,提高了长时间求解的数值稳定性。为了体现了该文方法在求解内共振系统上的速度和稳定性优势,同已有结果进行两次对比,显示本算法较传统算法的计算速度、时间稳定性与精度上均存在一定优势。最后初步讨论了采用该方法求解大摆角混沌问题的途径。     

时滞位置反馈对一类梳齿型微陀螺振动系统复杂动力学行为的控制EI北大核心CSCD

以一类典型的静电驱动梳齿型微机械陀螺动力学模型为研究对象,首先,建立微陀螺结构的二自由度振动模型,并考虑微陀螺结构的实际情况对该模型进行一定的简化;其次,通过多尺度法得到主共振条件下周期解的解析形式及其稳定性,结合数值模拟系统的动力学响应,揭示系统参数影响驱动方向和检测方向的振幅和分岔行为的机制。研究结果表明,激励频率的变化容易引起微陀螺振动系统的多稳态现象及振幅跳跃等复杂动力学行为。此外,通过引入独立参数,将无扰动系统的异宿轨道进行精确的解析表达,进而运用Melnikov方法预测微结构的异宿分岔必要条件,从而获得引起微结构吸合不稳定的驱动电压临界幅值,发现时滞位置反馈控制能够有效抑制该类微陀螺结构的振动跳跃和吸合不稳定等复杂动力学行为。研究结果在微惯性传感器的设计与优化控制有潜在应用价值。     

压电智能结构振动的一致性PID(CPID)控制EI北大核心CSCD

将一致性控制方法和PID控制方法的基本思想相结合,提出了一种适用于压电智能结构振动控制的一致性PID(Consensus-PID,CPID)控制方法。该方法将系统输出偏差作为PID控制器的输入,PID控制器的输出及其在采样周期内的变化量作为一致性控制器的输入,致动器的输入电压为一致性控制器的输出。推导压电智能结构振动控制方程,以两边简支的压电智能梁为数值算例,建立动力学有限元模型,数值结果表明CPID控制方法能够有效控制压电智能结构的振动,当某些传感器失效时,对比集中式PID控制,系统在CPID控制下仍然能保持较好的控制效果。     

天然气输气站工艺管线流致振动分析及控制研究EI北大核心CSCD

针对某天然气输气站调压器后工艺管线出现的强烈振动现象,现场测试了实际运行工况下关键部位的振动参数。结合振动源激励频率、管线固有频率以及各测点的测试数据与频谱特性,对管线振动原因进行了分析,提出了减振优化方案,并对整改后管线的减振效果进行了评价。研究结果表明:管线振动位移最大峰峰值为0.76 mm,振动速度最大峰峰值为44.84 mm/s,均已超过最大许用值;管线响应频率与振动源激励频率、管线固有频率均为12.5 Hz,振动源激励频率与管线固有频率重合激发共振是该站管线强烈振动的根本原因,振动激励源主要来自调压阀出口天然气的压力脉动;新增调压阀T2管路并利用其对原调压阀T1管路进行分流,振动源激励频率由12.5 Hz降低至8.5 Hz,完全避开了共振区,减振效率达到62.4%~77.2%,有效地解决了管线强烈振动问题。     

高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析EI北大核心CSCD

以某高耸烟囱为工程背景,提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法。通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算;经连续随机离散流技术(consistent discrete random inflow generation,CDRFG)模拟紊流风场,建立两种减振系统的有限元模型,计算对比惯容减振系统(tuned parallel inerter mass system,TPIMS)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的风致振动减振效率。结果表明:新的预测方法能较准确地预测三维烟囱的涡振响应;基于相同质量比,惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率,但其存在质点行程过大的问题,需要在具体工程设计中加以关注。     

高温高压高产气井油管柱三维非线性流致振动模型EI北大核心CSCD

针对高温高压高产(三高)气井流体诱发油管柱振动失效问题,采用微元法、能量法结合哈密顿原理,考虑了油管自重、井眼轨迹变化、井筒温度压力变化、油套管接触碰撞等因素,建立了三高气井油管柱三维非线性流致振动模型。采用拉格朗日和三次埃尔米特函数离散控制方程,并使用增量形式的Newmark‑β和Newton‑Raphson联合迭代求解离散后的控制方程。根据中国南海三高气井参数,采用相似原理,设计了油管柱流致振动模拟试验装置,测得油管柱振动响应数据,与理论模型计算结果对比,验证了振动模型的正确性。采用实例井参数,分析了油管柱振动特性,结果表明,上部油管三维空间横向振动明显,而中下部油管长时间紧靠于套管壁上发生振动,导致下部油管易发生纵向和横向的磨损,同时油管纵向振动出现混沌现象,且中下部位置油管混沌现象最明显,因此,现场设计人员需重点关注下部油管柱的安全性。     

同步器同步过程对变速器动力学特性的影响分析EI北大核心CSCD

为了改善某载货汽车变速器换挡同步阶段的换挡质量及该变速器的动力学特性,综合考虑了加载状态变速器中各零部件引起的系统叠加变形。基于多体动力学理论,建立了该变速器动力学分析模型;在此基础上量化计算了影响变速器动力学特性的相关参数,并提出了改善变速器动力学特性的措施及方法。研究结果表明,变速器的换挡质量及动力学特性得到明显改善,为改善变速器动力学特性提供了借鉴。     

中介轴承复合故障动力学建模与振动特征分析EI北大核心CSCD

准确获取中介轴承多点复合故障振动特征,对提高其故障诊断准确性具有重要意义。该研究基于非线性Hertz接触理论,采用时变位移激励函数描述滚子的多点局部缺陷,建立了中介轴承多点复合故障的4自由度动力学模型,分析了内圈多点故障、外圈多点故障和内外圈复合故障的动力学特性。搭建了中介轴承故障模拟试验台,开展中介轴承内圈多点故障、外圈多点故障与内外圈复合故障模拟试验,并采集振动信号,对所建立的动力学模型进行验证。研究表明,基于该研究建立的多点复合故障动力学模型计算的故障特征频率值与试验值的误差小于1%,仿真模拟的时域波形和包络谱中的故障成分分布规律与试验结果一致,证明所建内、外圈多点故障及内外圈复合故障动力学模型准确有效。