具有粘弹性电磁式主动动力吸振器主动控制试验研究

电磁作动器是吸振器的常见形式,其设计多种多样,本文研制了一种粘弹性电磁式主动动力吸振器,与常见电磁作动器的设计上在电磁铁和永磁铁之间采用弹性元件不同,这种新型作动器在电磁铁和永磁铁之间采用的是粘弹性材料,本文从理论上分析计算了电磁铁和永磁铁之间的作用力,制作了作动器模型,设计了实验,并将此作动器附着于铝质悬臂梁的自由端,利用这种作用力作为控制力对悬臂梁的振动进行控制,证明了此吸振器具有良好的吸振效果。     

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器作动器，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。     

振动控制作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定作动器的数目和优化设计作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础,将模态控制力和作动器作动力处理为随机变量,建立了模态控制力能量的自相关矩阵和作动器作动力能量的自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关阵包含的能量确定了作动器的数目,在此基础上,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小,优化设计控制系统的作动器最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。     

主动振动控制中的非线性研究

本文采用磁致伸缩作动器进行了主动隔振的研究,分析,试验的结果表明,由于磁致缩材料的伸长率与磁场强度之间的非线性特性,导致了该作动器的输出具有谐波成分,激励激的运动亦可表示为杜芬方程的形式,试验证实,由于非线性的存在,主动振动控制效果受到影响。文中通过对激励源的振动信号进行分析,发现这一运动可能是混沌的。     

转子轴承系统电磁阻尼器的位移反馈振动控制

本文研究在周期激振力作用下转子轴承系统电磁阻尼器的位移反馈振动控制。首先给出受电磁阻尼器控制的一般线性多自由度转子轴承系统的振动方程，控制力和电磁阻尼器结构参数，控制电流等之间的关系式，然后提出在保证系统稳定的前提下，通过位移反馈控制其电流位移增益矩阵应满足的条件；其次以单盘对称转子轴承系统为例，求出转子系统受电磁阻器控制的幅频响应和相频响应；最后给出算例，打印出电磁阻尼器的静态电流，电流位移增益     

轴向运动弦线横向振动的线性反馈控制

研究轴向运动弦线和作动器组成的耦合系统的横向振动控制。此系统被作动器分成未控和受控两部分,通过作用在作动器上的控制力对受控部分的横向振动进行控制。采用能量方法获得反馈控制规律,得到两种控制力,并用半群理论证实受控弦线横向振动的渐近稳定性和指数稳定性。在初始扰动和激励力作用下,通过数值仿真证实控制规律的有效性。     

基于有限元分析方法的三浮陀螺用角度传感器优化设计

针对高精度三浮陀螺仪角度传感器要求尺寸约束不变的情况下进一步提升性能的需求,提出一种基于有限元分析的优化设计方法,避免了传统的磁路计算法需要多轮验证、效率低等问题。首先从变压器磁链方程出发推导建立了多级式动圈角度传感器的数学模型,确定了影响传感器灵敏度和激磁电流的主要设计指标:激磁绕组、输出绕组、气隙长度和工作半径,以及这些指标的取值范围。然后建立有限元参数化模型进行仿真,结合生产工艺情况给出了最佳的设计方案。实测角度传感器实验数据表明,所提出的设计方案使传感器灵敏度提高了35.8%,激磁电流变化控制在10%以内,满足角度传感器性能提升要求。所提出的基于有限元分析的角度传感器优化设计方法,具有工程参考价值。     

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...     

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。     

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。     

磁致伸缩作动器的电-磁-机耦合动力特性

基于磁致伸缩材料的本构关系模型,结合磁致伸缩作动器结构动力学模型建立了可描述磁致伸缩作动器的电-磁-机耦合动力特性的运动方程.方程中考虑了作动器工作时磁致伸缩材料的弹性模量随着应力和磁场的改变而发生的变化,磁致伸缩材料的这种特性使得作动器系统表现出具有时变刚度的参数振动特性.通过对此参数振动方程进行数值求解,得到磁致伸缩作动器的参数频响特性,并研究了激励电流幅值以及作动器负载质量对作动器频响特性的影响.     

非线性建筑结构振动控制研究

为了反映建筑结构的非线性特征,本文引入了bouc-wen模型.由于所采用的非线性模型很难降阶,同时考虑到直接对模型进行控制器设计也很难,为此,本文提出了一种基于能量的新的振动主动控制策略.该方法是通过比较允许能量与实际能量来确定结构控制力的大小,而其方向是通过对能量求导确定.由于不需要求解线性矩阵不等式,所以计算简单,操作方便.并且当采用同样容量限的多个作动器时,控制输出力一致,从而避免设计多个控制系统,简化了控制器设计.此外,由于采用阶跃控制,控制系统便于实现.最后,以八层建筑物为例来说明本文方法的可行性.     

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。     

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。     

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。     

基于压电叠堆惯性作动器的随机振动控制研究

本文主要研究了基于压电叠堆惯性作动器的随机振动控制方法并分析了控制力时滞对控制效果的影响规律。首先,对压电叠堆惯性作动器的动力学特性进行分析,建立了考虑惯性作动器动力学的主结构的随机动力学模型;接着,提出主结构随机振动"线性"二次高斯控制(linear quadratic Gaussian,LQG)方法,并探讨了作动器惯性质量和刚度等对控制效果的影响规律;最后,研究了控制力时滞对控制效果的影响,并提出了利用时滞优化控制效果的方法。研究结果表明,压电叠堆惯性作动器对结构的随机振动具有较好的控制效果,当控制时滞时间τ=0.025 s时控制效果可以得到进一步优化。     

STOCHASTIC VIBRATION CONTROL BASED ON PIEZOELECTRIC STACK INERTIAL ACTUATOR1)

本文主要研究了基于压电叠堆惯性作动器的随机振动控制方法并分析了控制力时滞对控制效果的影响规律。首先,对压电叠堆惯性作动器的动力学特性进行分析,建立了考虑惯性作动器动力学的主结构的随机动力学模型;接着,提出主结构随机振动 "线性"二次高斯控制(linear quadratic Gaussian,LQG)方法,并探讨了作动器惯性质量和刚度等对控制效果的影响规律;最后,研究了控制力时滞对控制效果的影响,并提出了利用时滞优化控制效果的方法。研究结果表明,压电叠堆惯性作动器对结构的随机振动具有较好的控制效果,当控制时滞时间$\tau = 0.025$s时控制效果可以得到进一步优化。     

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     

电磁约束阻尼层结构振动主动控制研究

基于弹性、粘弹性、电磁学理论,应用Hamilton原理,导出了覆盖电磁约束层阻尼(EMCLD)主动控制方式的梁的控制方程,并针对覆盖EMCLD的悬臂梁,进行了主动控制仿真模拟,得到了较好的控制效果,分析了控制电流和阻尼层厚度对控制效果的影响.结果表明电磁约束阻尼技术具有结构简单、作动方式合理、耗能低的优点,是一种有效的振动主动控制方式.     

磁悬浮隔振器动态电磁力实验与建模

磁悬浮隔振器的核心部件是电磁作动器,得到其输出电磁力与线圈电流及气隙之间的模型对实现磁悬浮隔振器的主动隔振有着重要的意义.实际系统中,磁悬浮隔振器运动频率对电磁力模型参数有较大影响,为了得到比较精确的符合实际的电磁力模型,对原有模型进行了修正,给出了新的考虑频率因素的修正模型;并且设计了基于MTS809的动态电磁力实验建模方案,直接根据电磁力实时测量数据辨识得到动态电磁力修正模型,而不需要对磁路进行任何假设.实验结果表明,该方法建立的电磁力修正模型更符合实际情况.