结构-模态主动控制系统的最大允许时滞及稳定性探讨

根据Ｎｙｑｕｉｓｔ稳定性准则、特征值原理和ＬＱＲ控制原理,导出了结构－模态控制系统的位移速度反馈的时滞计算公式,进而可求得结构－模态主动控制系统的最大允许时滞。数值分析表明,用两种不同稳定判据得到的两个最大允许时滞计算公式的计算结果是接近的。研究了时滞补偿后结构－模态主动控制系统的稳定性问题。从具有时滞补偿控制系统的特征方法知,具有时滞补偿的控制系统保持理想控制系统的特征值,既时滞补偿结构－模态主     

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。     

柔性机械臂的时滞最优跟踪控制

采用最优跟踪控制方法对柔性机械臂线性化主动控制中的时滞问题进行研究。首先采用一种积分变换,将包含时滞项的动力学方程转换成形式上不包含时滞项的标准形式,然后根据最优跟踪控制理论设计控制律。在每一步控制律的计算中,不但包含有当前步的状态反馈,而且包含有前若干步控制的线性组合。文中还给出了一个模态坐标的提取方法。仿真结果显示,若对时滞不处理,控制系统会在很小时滞量时出现发散;当控制系统中的时滞量不大时,本文的线性化时滞控制设计能够取得较好的控制效果;当系统存在较大时滞量时,线性化时滞控制设计的有效范围是有限的。     

柔性梁受迫振动时滞变结构控制的试验研究

时滞反馈控制是一种利用时滞进行系统控制的策略,目前对该控制策略的研究多是在理论上进行探讨,少有试验研究报道. 以受简谐激励的柔性悬臂梁为对象,开展时滞反馈控制的试验研究,给出了一个多时滞控制律的设计方法. 首先给出悬臂梁系统含有时滞项的控制模态状态方程; 然后对方程进行离散化和一种特殊的状态变量增广,得到形式上不含有时滞项的标准差分方程; 最后使用离散变结构控制的方法设计控制律. 试验中采用压电片作为作动器和外界激励,应变片作为传感器,分别考虑单时滞和双时滞的情况,通过试验验证了时滞反馈控制的可行性和有效性.关键词:柔性悬臂梁;变结构控制;时滞;实验      

智能梁结构鲁棒PID控制及其时滞稳定性分析

研究了智能梁结构振动的鲁棒PID控制器的设计问题,考虑结构模态阻尼比及模态频率的不确定性,同时结合PID控制、保成本控制和H∞控制的优点,提出了一种鲁棒PID控制的设计方法,将PID控制器的参数整定问题转化为线性矩阵不等式凸优化问题的求解.考虑到实际系统中存在的时滞因素,对设计出的鲁棒PID控制系统进行了时滞稳定性分析,得出了使系统稳定的最大时滞量.最后,给出的数值算例说明了文中方法的可行性和有效性.     

结构振动瞬时最优控制的一种时滞补偿算法

 应用最优控制原理，对结构动力响应实时在线控制进行了时滞 补偿. 提出一种基于系统差分方程的瞬时最优控制算法，推导出闭环 状态反馈控制补偿增益矩阵，并讨论了补偿前后系统的稳定性. 仿真 结果表明，此算法有效地补偿了时滞带给结构动力响应的不良影响， 并保证了结构的稳定性.     

时滞线性系统振动主动控制的滑移模态方法

直接从时滞微分方程求解控制律，对时滞线性系统振动主动控制的滑移模态方法进行了研究，并给出了控制具体实现过程。推导出的切换面和控制律表达式中，除了包含有当前的状态反馈外，还包含有前若干步控制的线性组合。算例结果显示，所提控制方法能够较好地控制系统的峰值响应。且能够保证控制系统的稳定性；若按无时滞控制设计对地滞系统进行振动控制，系统响应有可能出现发散。     

轴向时滞反馈控制下悬索非线性响应分析

采用轴向时滞反馈控制策略对悬索进行振动控制。根据Hamilton原理建立悬索的非线性振动控制方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下悬索第一阶正对称模态主共振响应近似解,得出系统响应与控制参数的关系。结果表明,主共振的响应存在多解和跳跃现象,调节控制增益和时滞值,可以避免共振区,有效抑制大幅振动。     

微重力下Stewart平台的主动减振系统研究分析

Stewart平台是一种并联减振机构,因其具有承载能力强、刚度大、结构稳定、精度高等优点,广泛应用于航天航空和精密仪器领域。采用Cubic构型Stewart平台并对压电陶瓷的力一位移关系线性化后,可简化成单自由度的线性主动控制系统,对六自由度的Stewart平台分散控制,在随机平稳白噪声的激励下考虑时滞影响,并对其解耦后的Stewart平台进行LQR数值分析,用Adams预测公式进行时滞补偿。分析结果表明：Stewart平台具有较好的减振性能,能有效减小平台在微重力干扰下引起的位移反应;时滞因素会降低LOR的控制作用;可通过Adams预测公式对时滞影响进行较好地补偿。     

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．     

利用时滞控制非线性饱和控制减振系统减振频带漂移

本文主要研究非线性饱和控制减振系统中由于内共振频率偏差引起的减振频带的漂移问题,在该减振系统中考虑时滞对振动系统减振频带漂移以及减振频带宽度的影响,从而利用时滞来控制系统减振频带的漂移问题。采用多尺度方法得到了主共振和1：2内共振同时发生时系统运动方程的解析解。研究结果表明,对原始的无时滞减振系统,由于内共振频率偏差的存在,使得系统的减振频带向主共振点上、下两个方向漂移,并且内共振频率偏差的绝对值越大减振频带漂移的程度也越大,使得减振频带的分布不合理,造成主共振点附近减振效果明显下降。然而,根据内共振频率偏差的变化,适当调节系统中的时滞参数,可以消除减振频带的漂移,同时又能够增大减振频带的宽度。研究还表明,内共振频率偏差的绝对值越大时滞对消除减振频带漂移以及增大减振频带宽度的作用越显著。本文结论对于非线性振动系统的结构振动控制在定性和定量方面都具有参考价值。     

Stability of a two-dimensional airfoil with time-delayed feedback control

This paper presents a systematic study on aeroelastic stability of a two-dimensional airfoil with a single or multiple time delays in the feedback control loops. Firstly, the delay-independent stability region of the aeroelastic system with a single time delay is determined on the basis of the generalized Sturm criterion for polynomials. Then, the stability switches with variations in time delay are analyzed when the system parameters fall out of the delay-independent stability region. Flutter boundaries of the controlled aeroelastic system as time delay varies are predicted in a continuous way by the predictor-corrector technique. Finally, two methods, the polynomial eigenvalue method and the infinitesimal generator method, are introduced to investigate the stability of the controlled aeroelastic system with multiple time delays. Numerical simulations are made to demonstrate the effectiveness of all the above approaches.     

特征向量导数计算各种模态法的比较和发展

在结构动力学修改以及结构动态设计中，灵敏度分析是十分重要的一环，往往也是主要工作量所在。如何在保证精度前提下减少灵敏度分析工作量和计算时间，具有重要意义。本文对特征向量灵敏度分析中计算特征向量导数的模态法作了综合评述，除了经典模态法和修正模态法之外，还对新近发展的迭代模态法和移位模态法进行了介绍。最后通过典型结构实例的计算仿真，对各种模态法作了比较。     

压电复合材料层合板自适应结构的振动控制

本文针对板壳型自适应结构,研究了压电材料作为作动器的自适应结构的振动控制。利用四节点压电复合材料层合板单元进行自适应结构的有限元动力分析;采用模态控制方法,将结构的各阶模态的阻尼比作为控制目标,并以此计算出各压电片的控制电压,达到控制结构振动的目的。算例给出了数值计算的结果。     

线性时滞系统的离散最优控制

介绍了对线性时滞系统进行最优控制的设计，将具有时滞控制的线性系统离散后引入增广状态向量。获得不显含时滞的差分方程，根据时滞量的两种分类情况采用连续和离散形式的性能指标函数导出了最优控制律。控制律包含当前状态和此前若干步状态向量的叠加，最优控制律直接从时滞方程中得到，可保证系统的稳定性，此方法亦适用于大时滞的情况。数值算例验证了控制策略的有效性。     

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION WITH TIME DELAY

对一类采用有限相对位移控制的含时滞单自由度半主动悬架系统进行了动力学分析.首先通过平均法得到了该系统的一阶近似解, 然后基于Lyapunov理论建立了系统的稳定性条件, 结果表明近似解的稳态幅值和稳定性条件都是时滞量的周期函数, 并且和外激励具有相同周期.通过对数值解和解析解的幅频曲线进行比较, 验证了一阶近似解析解的准确性, 并且解释了半主动控制中的高频颤振现象.研究了被动悬架系统并且和半主动悬架系统进行了比较, 证实了半主动悬架系统的优越性.最后, 探讨了一些关键的系统参数, 如控制间隙、时滞量、最小阻尼比等对半主动悬架系统稳态幅值的影响.     

The active control of vibrations of composite beams by parametric stiffness modulation

The paper addresses an active control of the resonant vibrations of composite beams performed by a parametric stiffness modulation. A sandwich beam composition with the continuous core is considered. The stiffness modulation is introduced by some fairly small changes in an orientation of elements of the microstructure of a core ply. The controlled vibrations are those of the dominantly flexural type excited by a transverse force acting at a low resonant frequency, whereas the stiffness modulation is performed at a comparatively high frequency identified by the resonance of a mode of the dominantly shear type. This difference in time scales of the controlled vibrations and the input signal facilitates a use of the method of direct partition of motion that predicts an existence of the modal interaction between the low-frequency and the high-frequency motions due to so-called vibrational forces. It is shown that such a parametric control can provide a significant favourable shift of the first eigenfrequency of a controlled beam (the one subjected to the stiffness modulation) from its nominal value for an uncontrolled beam. Heavy fluid loading conditions are accounted for as well as material losses in a structure. Then instead of analysis of eigenfrequencies, a problem of forced vibrations is posed and the forced frequency–amplitude response is analysed. It is demonstrated that although heavy fluid loading reduces resonant frequencies of forced vibrations, the suggested mechanism of control remains valid in these cases.     

大跨径斜拉—悬索协作体系桥动力分析

斜拉-悬索协作体系桥作为一种新的超大跨径桥型，综合了悬索桥和斜拉桥的特点，国内外对这种桥型的研究尚少。本文根据空间有限元计算模型，对伶仃东航道斜拉-悬索协作体系桥设计方案进行了模态分析，分析了斜拉-悬吊协作体系桥的固有特性，讨论了不同主梁纵向约束方式和辅助墩的设置情况的影响，为此类桥型结构的动力性能分析提供了有价值的参考。