一种逆优化设计振动控制作动器的数目和位置的方法

在建立了悬臂梁上粘贴压电陶瓷片实现振动控制的动力学方程的基础上,研究了一种逆优化设计作动器/传感器的数目和位置的方法:用压电陶瓷作为自传感作动器,以悬臂梁的振动控制为研究对象,要求振动控制系统具有一定的模态阻尼比,并以作动器控制力最小为目标函数,优化设计作动器/传感器的数目和位置.最后通过数值算例证明了该方法的有效性.     

主动控制用大输出力电磁作动器优化设计

采用将电磁作动器集成至气囊隔振器内部的方式能够很好地实现宽频隔振与线谱控制,但由于气囊内的空间有限,作动器在有限的空间内其体积要尽可能小的同时,还要输出足够大的主动控制力,这对主动控制用大输出力电磁作动器的优化设计提出了更高的要求.建立了电磁作动器的理论模型与漏磁模型;采用ANSYS有限元软件中的优化模块对电磁作动器进行了优化设计,并获得了符合结构尺寸与主动控制输出力要求的作动器;分析了电磁作动器的可控输出力与最大磁饱和密度随电流变化的关系.仿真结果表明,设计的电磁作动器在满足空间尺寸的前提下,通入6A交变电流时其输出的主动控制力能够达到646N,满足设计指标,有助于作动器的研制.     

光纤传感器和压电作动片对薄板振动控制的分析

利用双模模态域光纤传感器的模间干涉感知薄板结构中应变的变化、获得薄板结构振动变化状况，进一步利用压电体作为动元件，减小振幅，实现振动的主动控制，采用振型叠加法和直接积分相结合的方法，从理论上论证薄板分别受到正弦波激振力，脉冲激振力和方波激振力时的振动主动控制，并由脉冲激振下的响应得到控制前后的幅频特性曲线和相频特性曲线．。     

考虑可控性的压电作动器拓扑优化设计

压电作动器可以把电能转换成机械能,在结构主动振动控制中具有应用背景. 由于压电作动器的布局对振动控制效果影响很大,因此作动器布局优化一直是结构控制研究的关键之一. 为了提高压电结构控制能量的利用效率,本文提出了以提高结构可控性为目标的压电作动器的拓扑优化方法. 基于经典层合板理论对压电结构进行了有限元建模,并采用模态叠加法将动力控制方程映射到模态空间,推导了基于控制矩阵奇异值的可控性指标. 优化模型中,选取可控性指标指数形式为目标函数,将设计变量定义为作动器单元的相对密度,并基于人工密度惩罚模型构造了压电系数惩罚模型,给出了基于控制矩阵奇异值的可控性指标关于设计变量的灵敏度分析方法. 优化问题采用基于梯度的数学规划法求解. 数值算例验证了灵敏度分析方法和优化模型的有效性,并讨论了主要因素对优化结果的影响.      

作动器/传感器优化配置的研究进展

给出了作动器／传感器优化配置问题的数学描述,综述了作动器／传感器优化配置方法的发展现状．阐述了振动控制和模态试验中作动器／传感器优化配置的关系．并给出需要进一步研究的几个问题     

层叠式PVDF压电作动器及圆柱壳的振动主动控制

设计了一个层叠式PVDF压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导了表面局部粘贴层叠式PVDF压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚度之间的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控制仿真。结果表明层叠式PVDF压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横向振动控制非常有利。说明了层叠式PVDF压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作动器。     

人工肌肉作动器的参数优化设计

由于电活性聚合物材料在电场作用下所表现出的许多独特的力电性能,如大应变、响应快、高能量转换率等特点,使得这种高分子智能材料引起了广泛关注,已被加工成作动器、传感器及俘能器等能量转换器,有望在工程领域发挥巨大作用.论文针对美国人工肌肉公司(Artificial Muscle Inc.)开发的一款电活性聚合物介电薄膜作动器的优化设计开展研究,主要研究了在外加力电载荷作用下,当薄膜发生面外轴对称大变形时,不同初始预拉伸即设计参数对薄膜厚度、拉伸变形、应力及薄膜中电场强度等的影响效应.该薄膜作动器有三个设计参数,结果表明,通过优化设计参数,在设计参数的某一组合下,薄膜的厚度、薄膜中的电场分布将趋于均匀,而薄膜的拉伸变形、应力并未呈现类似的均匀性.本文所提供的研究方法,可为此类作动器的优化设计提供基本的分析模式.     

基于菱形压电作动器和内模控制策略的 微振动隔振研究

提出了一种以菱形压电作动器为隔振元件,并结合内模控制策略的微振动主动隔振方法.首先设计并分析了菱形压电作动器,分析其力电耦合特性;以单自由度主动隔振系统为例,建立了隔振系统的动力学模型.在此基础上,设计了基于内模控制的主动隔振策略,进行了含有模型误差、迟滞等多工况的数值仿真分析.仿真结果表明,隔振位移传递率最大可达94％.菱形压电作动器结合内模控制策略的振动主动控制技术具有较好的隔振能力,为进一步微振动平台的主动隔振设计与实验研究奠定了基础.     

基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动控制研究

为了降低单层平面DE作动器的控制电压,提出了一种层叠式平面DE作动器,并开展了基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动主动控制研究.结合介电弹性体(DE)材料的力电耦合模型,基于哈密顿变分原理,建立了含层叠式平面DE作动器的柔性悬臂梁系统振动控制微分方程.基于比例反馈控制策略,利用不同层数的层叠式平面DE作动器对悬臂梁系统进行了振动主动控制的仿真研究.结果表明,层叠式平面DE作动器对柔性薄壁结构具有良好的振动控制效果,同时相比于单层平面DE作动器,控制所需电压可以降低30％以上,从而为DE作动器的低电压驱动应用提供了一条可行的技术途径.     

含饱和作动器的基准建筑物混合控制研究

当作动器所提供的控制力小于所需控制力时会出现控制力饱和现象,这一现象在大型结构的实际控制过程中经常出现,为此,本文根据饱和控制力,采用线性矩阵不等式来设计控制器.考虑作动器饱和时,单纯采用作动器来控制结构在地震作用下的响应往往不足于保护结构,此时需附加阻尼器.最优阻尼的确定需要大量的计算,为了减少计算量,本文借鉴临界激励的概念来简化最优阻尼的选择.最后,以三层非线性基准结构为例来说明本文方法的可行性.     

基于复模态的控制力矩陀螺配置优化

由于陀螺耦合效应,系统动力学方程的特征值和特征向量皆为复数形式,不便于进行控制力矩陀螺的配置优化和控制律设计。本文基于复模态理论,构造出一种实数域上的伪模态矩阵,从而实现方程解耦。综合考虑结构模态、控制输入能量和传感器接收能量的复合优化准则,获得了控制力矩陀螺的最优配置。结果表明,采用线性二次型最优控制,能够快速将结构的响应振幅降至5%以内,验证了使用伪模态矩阵进行方程解耦的可行性及控制的有效性。     

基于LQG最优控制法的压电智能结构独立模态空间控制

采用压电材料作为传感器和驱动器对智能结构振动主动控制进行研究,基于机电耦合的压电智能结构传感和驱动方程,将振动控制动力学方程变换到模态空间对方程进行解耦。通过计算结构最大应变,确定压电元件的最佳粘贴位置。考虑到系统过程噪声和量测噪声的影响,设计Kalman滤波器,采用基于线性二次型高斯(LQG)最优控制的独立模态空间控制方法对压电智能结构的振动进行控制。最后以压电智能悬臂梁为例进行控制仿真,验证了此方法的有效性。     

密频模态滤波器的实现及其在智能结构中的应用

针对空间智能桁架等密频结构,提出了一种适应性较好的模态滤波器的实现方法,基于模态滤波器和分时共享充分利用作动器的思想,采用独立模态空间控制方法,实现了空间智能桁架结构的振动主动控制.仿真结果表明了这种控制策略的有效性.     

亏损系统模态优化控制Riccati方程的求解方法

讨论亏损重复特征值的Ｒｉｃｃａｔｉ方程的模态控制算法．由于亏损特征值的Ｊｏｒｄａｎ块矩阵的阶数ｍ小于状态方程的阶数ｎ,即ｍ＜＜ｎ;所提出的模态控制算法可极大地减少计算工作量．其中的数值例子说明了该方法的有效性．     

Model-Based Feedback Control of Acoustic Radiation from Vibrating Structures by Means of Structural Control

In this work, it is investigated how classical techniques of linear feedback control design can be applied to the problem of the reduction of acoustic radiation from vibrating structures for cases where the disturbance is broadband and where no reference is available. Much of the work carried out to date in the field of active noise and vibration control has concentrated on applications where either the disturbance to be cancelled is periodic (propeller noise in aircraft,...) or a reference signal, highly correlated with the disturbance, is available (air conditioning duct noise,...) such that a feedforward control approach can be used. When the disturbance is broadband and where no reference is available, feedforward control cannot be used and feedback control must instead be used. Feedback control theory is well established and a vast amount of analytical tools are available to the feedback control designer. However, due to the inherent delays associated with the propagation of sound waves, feedback control of acoustic fields is prone to being unstable. In this paper, a controller is presented which feeds back a measure of the structural response (vibration) of the system in order to determine the control force that needs to be applied to the vibrating structure in order to reduce the total acoustic energy radiated by the vibrating structure. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

空间机械臂非完整运动规划的最优控制

讨论空间机械臂系统的运动规划问题，利用系统的非完整特性，将空间机械臂动力学方程转化为非线性控制系统的状态方程，给出一种最优控制的数值自满。通过仿真计算，表明该算法的有效性。     

存在时滞的柔性梁的振动主动控制

本文对控制存在时滞的柔性梁的振动主动控制进行研究.主动控制策略采用独立模态空间控制,模态控制律采用离散变结构控制进行设计.给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法,以及离散切换面和离散变结构模态控制律的确定方法.由于模态控制律直接通过时滞微分方程而得出,因此所给控制方法易于保证控制系统的稳定性.算例结果显示,文中所述控制方法能够有效地对梁的振动进行控制;若按无时滞时的控制设计对时滞系统进行控制,系统响应有可能出现发散.     

各向异性非线性固体力学的规范空间理论

本文在弹性规范空间概念基础上，利用非平衡态热力学理论，证明了各向异性固体力学非线性问题规范空间场以及不可逆过程本征解的存在。损伤对结构刚度的弱化效应和损伤诱发各向异性效应分别反映在本征弹性和相应的模态向量中。在简正坐标中考察各向异性体变形时，材料的行为以六个普通的粘弹性Ｍａｘｗｅｌｌ方程描述，总的响应由模态叠加得到。以此为基础给出的非线性本构方程具有坐标转换不变性，最后给出了二个具体的算例。     

Based on wavelet analysis to optimal control of motion planning of space manipulator

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｃｅｎｔｌｙ ,ｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｐｅｏｐｌｅｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｔｈｅｎｏｎｈｏｌｏｎｏｍｉｃｍｏｔｉｏｎｐｌａｎｎｉｎｇｏｆｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ[1～4].Ｓｐａｃｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓａｔｙｐｉｃａｌｍｕｌｔｉｂｏｄｙｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｏｕｔｒｏｏｔ.Ｗｈｅｎｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｓｏｐｅｒａｔｅｄ ,ａｎｄａｔｔｉｔｕｄｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｓｐａｃｅｖｅｈｉｃｌｅｉｓｓｗｉｔｃｈｅｄｏｆｆ,ｒｅｌａｔｉｖｅｍｏｔ…