密集模态挠性结构传感器/作动器的优化配置

在适当的假设条件下,推导出了压电作动器产生的弯矩与输入电压的关系式及压电传感器输出电压与输入弯矩的关系,进而得到H型密集模态挠性板模型的状态空间表达式,并由此模型出发,采用一种基于能量的传感器/作动器的优化配置策略,该准则可以很自然地研究整个动态模型的可控性和可观性,进而确定传感器/作动器的位置。针对H型密集模态挠性板振动主动控制的数值仿真表明了该准则的有效性。     

柔性结构作动器／传感器优化配置研究

从有效衰减振动能量的角度出发,在对位配置作动器／传感器的情况下,通过最小化系统总储能积分,对柔性结构振动主动控制中的作动器／传感器位置及反馈增益进行了优化。在优化方法上,作者提出了一种快速收敛的遗传算法,即“适应度缩放” 加引入“有偏外来移民”的遗传算法。实验结果表明了该方法的有效性和控制系统的良好减振效果。     

主动振动控制中传感／作动元件配置问题的全局优化方法研究

提出了一种主动振动控制中作动／传感元件位置的复合优化方法，它能有效地解决全局优化配置问题；通过对单点并置问题的优化，证明了该优化方法的有效性，并对多点配置问题也具有一定的参考价值。     

压电桁架作动器/传感器优化配置算法研究

针对自适应压电桁架结构振动控制,建立了作动器/传感器优化配置数学模型,并提出一种优化配置的新方法。为了减少结构分析次数,该方法将近似概念、对偶法和遗传算法相结合,首先采用多点近似技术建立原问题的序列近似问题,再对近似问题中的作动器/传感器位置离散变量和控制增益连续变量采用遗传算法和对偶方法分别寻优的分层优化策略。为了提高近似问题对原问题的逼近程度,本文提出一种适于离散变量结构优化的分段多点近似函数。算例表明本文方法能够以很少的结构分析次数得到最优解。     

考虑激励确定作动器优化布置方法的研究

作动器优化布置是振动主动控制中的一个重要问题。本文考虑了外部激励的作用,提出了一种与独立模态空间控制方法结合使用的作动器位置优化准则。为使系统具有最大可控度,依据被控结构动态响应中各阶模态贡献的大小,建立相应的目标函数通过求其极大值,可得出作动器优化布置方案。最后通过一个算例验证了所提出理论与方法的有效性,从算例中可以看出,作动器的优化位置与激振力的位置和频率有直接联系。     

空间索网结构作动器/传感器优化配置

针对大型空间索网结构,研究了含作动器/传感器的压电主动杆件的优化配置。首先,在降阶的模态坐标下建立了状态空间形式的结构动力学方程,得到了模态控制力能量自相关矩阵,并根据该矩阵的秩来优化同位配置的作动器/传感器数目。然后,根据系统总储能积分最小、传感器接收信号能量最大的复合优化准则,利用基于字典序排列组合编码的遗传算法获得作动器/传感器全局最优配置的位置及闭环控制系统反馈增益。最后以大型环形桁架天线中的三向抛物面索网的振动控制为例,对比单一能量准则,验证了本文方法的计算效率、寻优准确性及控制有效性。     

改进PSO算法在结构作动器位置优化中的应用

针对空间结构振动主动控制中的作动器位置优化问题, 提出了一种改进的粒子群(PSO)优化方法, 以系统总能量为性能指标进行优化; 应用改进PSO方法对算例结构进行了计算,并与其他算法的优化结果进行了对比; 结果表明: 几种优化方法计算结果相符; 且PSO优化算法能更有效快速地解决复杂优化问题, 从而有效地进行结构的振动控制.     

基于周期拼装的平面压电作动器结构拓扑优化

具有狭长形状的压电作动器有利于输出较大的位移,而采用周期拼装方式实现这类结构则具有制造成本相对较低的优点.本文提出了基于周期拼装的平面压电作动器结构拓扑优化设计的数学模型.其中,以位移输出点作功最大化为设计目标,考虑了材料体积和控制能耗约束,对结构基体材料和压电材料的分布以及控制电压的分布进行优化设计.本文给出了结构响...     

形状记忆合金作动器的设计及优化

采用Ｂｒｉｓｉｏｎ［１］等提出的ＳＭＡ材料的本构关系,分析了形状记忆合金作动器在三种热交换方式（自然冷却、强制冷却和采用半导体热泵技术）下的动力特性,同时研究了ＳＭＡ丝在恒载和载荷变化时对完成正逆相变所用时间的影响,并简单讨论了影响作动器响应的几个因素和改进方法     

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.      

智能板模态传感与控制的数值分析

智能结构技术对空间大型柔性结构 振动控制问题具有重要意义,采用独立模态空间控制技术对压电智能板进行主动振动控制是一种常用方法,以前对这一问题的研究仅限于解析的方法,本文采用有限单元法,设计了新的压电模态传感器与致动器,该方法能够适用于形状及边界条件较为复杂的智能板,算例分析证明了该方法的正确性。     

压电结构振动控制及压电片位置优化的遗传算法

采用比例反馈控制,由线弹性压电层合结构有限元动力方程,推导了压电智能结构的振动控制方程.采用三维八节点实体耦合单元(Solid5)模拟压电致动器/感应器,三维实体单元(Solid45)模拟主结构,利用ANSYS中参数化语言(APDL)编写了压电层合智能结构的有限元程序.以零一最优问题来描述致动器/感应器的位置优化问题,用遗传算法(GA)求解.以压电智能悬臂板为数值算例,采用比例反馈控制,研究了瞬时荷载作用下,最优位置和一般位置配置致动器/感应器时智能结构的控制效果.为了进一步验证本文方法的正确性,研究了简谐荷载作用下系统的控制效果.数值结果表明采用遗传算法搜索压电智能结构振动控制中压电致动器/感应器的最优位置是十分有效的并具有较高的计算效率.     

A method for the selection of sensor and actuator locations

A new and efficient technique for determining optimal locations of sensors and actuators of intelligent structures is presented. The optimization of sensor and actuator locations is based on the 1st order singular value perturbations of observability and controllability. Using this method the optimal placements of sensors and actuators of the intelligent structurer can be selected. Two numerical examples are given to demonstrate the applications of the method. The impulse responses of structures due to different locations of actuators with the same control law are analyzed in detail. The project supported by the National Natural Science Foundation of China and the Mechanical Technique Development Foundation of China     

智能板振动控制的分布压电单元法

提出了一个用于振动控制的分布压电单元法,该方法中采用将分布压电传感器和致动器分割成若干相互独立的单元的方法,来设计压电模态传感器与压电模态致动器．压电模态传感器所观测的模态坐标和模态速度,可从各传感单元的输出电荷及电流中提取出来;而压电模态致动器则通过调制施加于其上的电压的空间分布来实现．在此基础上对智能板进行了模态控制     

用两种功能材料综合控制智能梁的振动

给出了用两种材料对梁进行振动控制的综合控制方法。采用多层分布压电层进行精密主动控制时,将压电传感层和压电致动层分割成若干单元来设计压电模态传感器和压电模态致动器,进而实现了梁的模态控制,同时利用形状记忆合金的超弹性特性对梁进行被动控制来抑制梁的大振幅振动,取得了很好的控制效果。     

子结构物理参数的一种识别方法

本文基于复模态综合和优化技术,提出一种子结构物理参数识别方程。该方法利用复模态综合在广义坐标下建立物理参数识别方程,然后将物理参数识别化为优化问题求解。给出了一台钻床的子结构物理参数识别实例来说明方法的有效性.     

大型柔性结构振动主动控制的实验研究

本文采用压电陶瓷作为传感器和执行器,对二维柔性板的振动抑制进行了实验研究。指出了在实际系统中采用同位控制存在的问题,并提出了改进的方法,对二维柔性板的振动抑制实验。证实了同位控制的问题,验证了改进方法的有效性。     

基于稳态激励共振试验的人行桥全模态参数识别

识别包括模态质量在内的结构真实全模态参数是人行桥人致振动舒适度评价和减振设计的关键工作.提出一种基于稳态激励共振动力试验的人行桥全模态参数识别方法,该方法首先利用稳态激励共振动力试验,得到稳态激振下较大振幅的稳态振动;然后停止激励,从结构自由振动响应中识别结构频率、阻尼比和振型;最后利用稳态振幅以及识别的频率、阻尼比和振型,识别结构的模态质量.该方法仅需要一次激振试验就可以实现包括模态质量在内的人行桥全模态参数识别.通过仿真分析,研究了该方法的可行性以及激振频率偏离对模态参数识别的影响.采用该方法识别了一座大跨人行曲线斜拉桥1阶侧弯模态的全模态参数.研究结果表明,该方法能较可靠识别结构特定模态的频率、阻尼比和模态质量.     

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。