智能结构的结构/控制综合设计中矩阵的混合优选法

以独立模态空间控制的权矩阵元素为设计变量,根据求解结构／控制综合设计的多目标优化问题的Preto优化解的约束方法，建立了以ARE的解矩阵的迹为目标函数，以满足闭环系统之渐进稳定条件为约束的多目标优化模型。然后根据此权矩阵的优化解构造出耦合模态空间控制的权矩阵。由此可以使控制系统用较少的执行器对结构的多个模态进行控制并使被控系统满足给定的稳定条件与性能限制而且使性能极小化。对两个机敏柔性梁的计算机模拟结果验证了这一方法的有效性。     

进化算法与确定性算法在优化控制问题中的收敛性对比

对比了进化算法(基因算法)与确定性算法(共轭梯度法)在优化控制问题中的优化效率．两种方法都与分散武优化策略-Nash对策进行了结合，并成功地应用于优化控制问题。计算模型采用绕NACA0012翼型的位流流场．区域分裂技术的引用使得全局流场被分裂为多个带有重叠区的子流场，使用4种不同的方法进行当地流场解的耦合，这些算法可以通过当地的流场解求得全局流场解。数值计算结果的对比表明．进化算法可以得到与共轭梯度法相同的计算结果．并且进化算法的不依赖梯度信息的特性使其在复杂问题及非线性问题中具有广泛的应用前景。     

压缩机管道系统振动激励的优化研究

本文提出“以管道中流体压力脉动不均匀度为目标函数，以管系各段管长布局为设计变量”的压缩机管道系统振动激励的优化计算模型，采用“ＳＵＭＴ”和“Ｐｏｗｅｌｌ”优化算法，运用小波动理论中的“刚度矩阵法”，建立了目标函数的计算模型；同时，为了缩短优化过程，提高收敛速度；本文针对管系振动激励优化问题，提出优化初值点的一种近似处理方法。通过算例验证，表明计算方法是可靠的，具有工程应用价值，是管系动态优化设计的一个重要方面。     

一种惯性辅助卫星完好性监测多解分离法的优化方法

针对惯性辅助卫星完好性监测多解分离法计算量大的问题,给出了一种基于参数序贯复用的优化方法。在对多解分离法及其计算量分析基础上,采用序贯处理技术,推导了低阶顺序处理多解分离法。同时根据系统结构特点以及滤波器间量测信息高度相关性,提出滤波器参数复用方法,避免参数重复计算。通过仿真实验,从故障引入时间和可见星数目变化两个方面对优化前后多解分离法的计算量进行了对比。仿真结果表明该优化方法可以有效降低多解分离法的计算量,便于工程应用。     

结构控制中输出反馈鲁棒极点配置优化方法

给出了输出反馈鲁棒性极点配置的数学描述和数值解法,基于任何结构控制都要求极点对系统矩阵元素的改变不敏感,通过选择鲁棒度量,并以其尽可能小为判据,用优化方法寻求近似解,最后将该方法应用于一个大跨度桥在确定的运动载荷作用下的控制,计算结果表明方法合理、有效。     

对实心弹性薄板优化的进一步讨论

回顾了实心弹性薄板优化研究的发展历程。给出了由无限密和无限细的肋骨加强的环板在常肋骨密度时的解析解；采用精确刚度阵的有限元法计算了具有有限根肋骨加强的板的柔顺性，它低于光滑优化解的柔顺性。这些结果进一步说明近期文献中出现的枕头形的光滑解并不是几何受约束实心弹性薄板优化问题的全局最优解。     

弹性地基上Timoshenko梁的精确数值解

研究了弹性地基上Timoshenko梁的高精度有限元分析方法,利用控制微分方程的基本解建立了单元形函数,提出了弹性地基上Timoshenko梁分析的Trefftz单元。通过对引入的非节点自由度进行静力凝聚,得到的精确单元与常规单元具有相同的节点自由度。文中还讨论了有效降低计算过程中舍入误差的方法。算例结果表明,采用提出...     

基于Erdogan基本解边界元法计算应力强度因子

引入含裂纹问题基本解(Erdogan基本解)，提出了基于Erdogan基本解的样条虚边界 元法，并阐述了该法在实施过程中的特点与具体做法. 采用该方法详细分析了若干 典型裂纹问题，全面考察了方法的计算精度和收敛情况，以及在求解复杂裂纹问题方面 的能力. 结果显示，该方法具有精度高、收敛快、计算能力强等优点，是裂纹问题分析中 一种具有竞争力的通用计算方法.     

二维边界元奇异积分和多域缩聚法分析

基于基本解的一种新的表达式，对二维边界元分析中奇异积分的精确求解进行了讨论，从几何方面对基本解的奇异性进行了分析，给出了超参非连续元离散位势和弹性力学问题边界积分方程时奇异积分计算的精确式，从而为判断各种近似方法的优劣和间接方法的精度提供了依据，也为精确地分析了大规模问题提供了一条有效的途径。     

基于波动法的框式结构功率流主动控制方法与实验研究

为了研究扰动影响下框式结构中的功率流传播与主动控制,首先采用波动方法建立了框式结构的动力学模型并获得了其在扰动下的精确动力学响应,进一步得到结构中传播的功率流,并以此为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,实现了框式结构的功率流主动控制。对框式结构功率流主动控制方法进行了数值计算分析与实验验证。结果表明：采用波动方法计算框式结构的动力学响应精确可靠;通过数值计算与实验研究可知功率流主动控制可以明显降低框式结构全频域内的抖动,验证了基于波动方法功率流主动控制的正确性与有效性。     

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。     

弹性关节空间机械臂级联智能滑模控制

谐波减速器和力矩传感器等柔性元件因其独特性能而广泛应用在空间机器人关节系统中，以获取高减速比．但同时这些柔性元件的存在为空间机械臂系统引入了关节柔性，使得对其稳定控制变得更为复杂．基于此，文中讨论了基于自适应回归小波神经网络(Self-Recurrent Wavelet Neural Networks, SRWNN)的弹性关节空间机械臂系统动力学建模及级联智能滑模控制．首先，利用级联系统理论及第二类拉格朗日方法推导出了由外环刚性臂子系统和内环关节电机转子子系统组成的系统级联动力学模型；其次，为两个子系统分别设计了内、外环自适应滑模回归小波神经网络控制．外环控制算法以期望轨迹为控制量，而其控制信号作为抑制弹性关节振动的内环控制算法的控制量，整个控制系统由内、外环控制系统叠加而成；而后，基于Lyapunov稳定性理论证明了整个控制系统的稳定性并设计了自适应回归小波神经网络的各权值参数在线学习算法．所提的控制算法有效地消除了模型不确定的影响，避免了复杂的求导计算和角加速度可测的要求，同时，控制系统设计过程中未涉及惯常奇异摄动双时标分解操作，在理论上适合任意大小的关节柔性刚度．最后，系统对比仿真试验证明了所提的级联智能控制算法优于惯常基于奇异摄动法和基于柔性铰补偿奇异摄动法的控制方案．     

基于分析传函的有源力控FLMS算法研究

针对结构振动和声辐射有源控制中对误差传函现有建模方法的不足 ,本文对该系统的物理通道进行了分析建模 ,形成了基于分析传函模型的 FLMS算法 ,该分析传函模型中充分包含了结构的振动模态信息 ,无论激励力源是单频还是宽频激励力源 ,该模型都可以在实施 FLMS算法之前确定所需参数。随后在该算法的计算机模拟实验中 ,通过与时延估计法的比较 ,表明该方法扩大了步长因子的取值范围 ,扩大了收敛域 ,该模型的建立为有效实施有源控制的自适应算法提供了一条新的途径。     

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。     

哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题,构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题,并构造线性时变系统的最优控制律,由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系,从正则变换的辛矩阵描述出发,导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构,哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.      

On the accuracy of a nonlinear finite volume method for the solution of diffusion problems using different interpolations strategies

In this paper, we consider a nonlinear finite volume method to solve the steady‐state diffusion equation in nonhomogeneous and non‐isotropic media. The method is nonlinear even if the original problem is linear. In its original form, the scheme is monotone, because the coefficient matrix is monotone under certain assumptions and, as a consequence, whenever the analytic operator demands, it preserves the positivity of numerical solutions. On the other hand, the scheme is unable to reproduce piecewise linear solutions exactly. In order to recover this interesting feature, we use two different interpolation strategies. In this case, even though we are unable to prove monotonicity, we show some numerical evidences that the combined method has an improved behavior, producing second order accurate solutions, even for nonhomogeneous and strongly anisotropic media. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

考虑时滞的主动悬架系统控制策略对比研究全文替换

本文以二自由度四分之一汽车悬架系统为研究对象,采用不同控制策略对考虑时滞的悬架系统控制特性进行研究,并对控制效果进行对比分析．首先,采用第二类拉氏方程建立考虑时滞的二自由度悬架控制系统的动力学模型;然后分别基于状态变换法和H_∞控制理论,设计系统的时滞反馈控制律．其中状态变换法主要通过系统状态变量的转换,将系统时滞控制方程转换成不显含时滞的动力学方程,然后采用传统的二次型最优控制方法对系统进行控制．H_∞控制主要通过使用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法,设计考虑时滞的H_∞控制律;最后在Matlab/Simulink平台上对控制系统进行仿真分析,并在相同时滞下对两种控制结果进行对比．研究表明,两种控制策略在考虑时滞的情况下均可保证系统的稳定性,且H_∞控制相比于状态变换法有更好的控制效果．     

Stability case study of the ACROBOTER underactuated service robot

The dynamics of classical robotic systems are usually described by ordinary differential equations via selecting a minimum set of independent generalized coordinates. However, different parameterizations and the use of a nonminimum set of (dependent) generalized coordinates can be advantageous in such cases when the modeled device contains closed kinematic loops and/or it has a complex structure. On one hand, the use of dependent coordinates, like natural coordinates, leads to a different mathematical representation where the equations of motion are given in the form of differential algebraic equations. On the other hand, the control design of underactuated robots usually relies on partial feedback linearization based techniques which are exclusively developed for systems modeled by independent coordinates. In this paper, we propose a different control algorithm formulated by using dependent coordinates. The applied computed torque controller is realized via introducing actuator constraints that complement the kinematic constraints which are used to describe the dynamics of the investigated service robotic system in relatively simple and compact form. The proposed controller is applied to the computed torque control of the planar model of the ACROBOTER service robot. The stability analysis of the digitally controlled underactuated service robot is provided as a real parameter case study for selecting the optimal control gains.     

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制．一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离．另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动．对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究．通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下．     

运动柔性梁振动主动控制的有限段法分析

基于柔性梁的多刚性－弹簧系统模型，采用分段线性化的思想，由线性二次优化理论导出了有闭环反馈控制的以分段压电片为执行器的平面运动柔性杆梁结构非线性振动的主动控制的分析方法。两个算例验证了所提方法的有效性。