空间结构耦合模态控制及实验研究

智能结构以主动元件为传感器和驱动器,根据结构的动态响应和控制要求,自适应地改变结构的动态性能,实现结构特性的自调节功能,以增强结构适应于外界环境变化的能力.结构振动主动控制方法中常用的模态空间控制方法,就是将系统方程转化到模态坐标下,从而得到内部解耦的以模态坐标表示的方程组,然后根据一定的控制方法,计算出模态控制力,实现实时控制.该方法计算简单,效率高,能满足实时控制的需要.本文根据一个三层智能结构主动控制实验,介绍了耦合模态控制理论及实现方法,设计并阐述了压电主元杆件的工作原理,根据Riccati方程得到了主元杆件的最优布置.通过对实验数据运用五点滑动平均平滑法进行处理分析及频谱分析可以看到,智能结构通过主动控制,对相应的控制模态位移及加速度有很大的抑制作用,对应的模态阻尼系数得到了不同程度的提高.     

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。     

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。     

框架结构主动控制最优时滞研究

在结构振动主动控制中,时滞的大小对结构控制能量和响应均产生影响。在允许时滞的范围内,把结构控制能量和响应作为目标函数,数值仿真发现目标函数随着时滞的变化呈现曲线状态,这说明存在最优时滞。在目标函数处理方面,考虑到控制能量和响应数量级不一致,本文采用了无量纲化处理。同时,考虑到地震波的随机性,本文还推导了含控制力的改进的随机Newmark方法。最后给出了一个计算实例。实例表明本文所提出的方法是有效的。     

转子振动的灰色Verhuslt预测优化控制研究

以灰色预测控制理论为基础，首次将非线性GM模型引入到转子振动主动控制中，并采用现代控制理论中的二次型优化原理，以控制力和响应加权最小为目标函数，设计了转子系统振动的灰色Verhuslt预测优化控制方案。将该方案应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动控制中，仿真结果显示转子振动的灰色预测Verhuslt优化控制是有效的、可行的。     

MR阻尼器的状态跳跃控制参数

对MR阻尼器实施状态跳跃控制可以有效地减少结构的地震响应，状态跳跃控制参数对半主动控制效果有很大的影响。本文对状态跳跃控制的相关参数进行了研究。利用两个数值算例，对采用不同类型的控制参数(位移、速度、加速度)、控制参数的大小、输入地震动的大小等相关因素对结构地震响应的控制效果进行了对比，发现采用速度响应作为状态跳跃控制变量对于减少绝对加速度响应是有利的；建议采用试算法确定合适的速度控制参数，通过和LQG控制相联系的方法给出了该控制参数最优值的估算方法。     

MR阻尼器的半主动风振响应控制研究

利用MR阻尼器阻尼力可以调节的特性能实现对结构响应的半主动控制，直接根据结构的响应对MR阻尼器实施状态跳跃控制。本文对在风荷载作用下的MR阻尼器状态跳跃控制效果进行研究，通过单自由度和四自由度的两个数值算例进行研究，对比分析中采用了位移、速度、加速度等不同类型的控制参数、不同大小的控制参数以及不同峰值的输入脉动风压等多个相关参数，从计算结果可以发现，实施状态跳跃控制可以减少结构的风振响应，采用速度响应作为状态跳跃控制变量对于减少结构的加速度响应是有利的，可根据试算结果确定控制参数的最优值。这些结论与地震作用下的情况基本相同。     

可展结构的形态控制

本文研究可展结构的形态变化及其控制理论。为了将可展结构展开成或收拢成所需的形态，必须对该结构进行有效的控制，施加适当的控制力。本文利用广义逆矩阵的数学工具，提出了确定该种控制力的理论，并用数值计算例子进行了验证。     

索-梁组合结构主共振响应的时滞反馈控制

基于时滞加速度反馈控制策略对索-梁组合结构进行振动控制。根据Hamilton原理推导了索-梁组合结构非线性振动控制方程,运用多尺度法得到时滞反馈作用下索-梁组合结构主共振的一阶近似解,得出系统响应与控制参数的关系以及响应峰值和临界激励值与时滞参数的表达式。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,可以有效抑制大幅振动。     

回滞非线性结构的瞬态最优控制

本文对一种国滞非线性基础隔振的主从结构模型用瞬态最优控制法进行振动控制研究。利用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ积分格式统一处理最优控制方程，可直接逐步积分求出系统在瞬态最优控制下的最优控制力与系统响应。分别对主从结构无主动控制及有主动控制时的两种情况（包含或不包含ｖｂ反馈）进行计算。结果表明瞬态最优控制可有效地抑制振动。     

柔性结构模糊主动振动控制实验研究

在仿真工作的基础上,运用基于PD的模糊控制策略对柔性结构振动进行了主动控制的实验研究,实验表明,基于PD的模糊控制策略对瞬态及正弦激励的振动响应均有明显的抑制效果,该方法对难以建模的大型空间柔性结构的主动振动控制具有重要的意义。     

结构主动开闭环多重调谐质量阻尼器（AMTMD）新控制策略

提出了一种新控制策略——主动开闭环多重调谐质量阻尼器(AMTMD)。AMTMD控制系统频率呈线性分布。AMTMD中的MTMD保持相同的刚度和阻尼系数但质量变化。基于TMD的工作原理定义了AMTMD的主动控制力构成即保持相同的位移和速度反馈增益系数但变化结构和地震加速度反馈增益系数。基于结构的广义振型模型，导出了设置AMTMD时结构的动力放大系数(DMF)，于是优化准则可定义为：Min．Min．Max．DMF．通过最优搜寻，研究了反映AMTMD有效性和鲁棒性的参数。这些参数包括：频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、总数、质量比和标准化加速度反馈增益系数。为了比较，多重调谐质量阻尼器(MTMD)和主动开闭环调谐质量阻尼器(ATMD)也被考虑。     

基于模糊神经网络的结构非模型主动控制

本文将模糊人工神经网络运用到结构的主动控制中，用模糊联想记忆（ＦＡＭ）神经网络作为控制器，对在地震力下的结构振动进行主动控制，控制过程中无须引入结构的运动模型和精确参数。数值仿真的结果表明，该控制系统具有适应能力强，消振迅速且效果良好的特点。     

地震作用下结构的AMTMD主动控制策略

提出了一种新的控制策略——主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)．AMTMD控制系统频率呈线性分布．AMTMD保持相同的刚度和阻尼但质量变化．AMTMD的主动控制力采用Roorda(1975)提出的生成模式．基于结构的广义振型模型，导出了设置AMTMD时结构的动力放大系数(DMF)．于是AMTMD优化准则选择为结构最大动力放大系数的最小值的最小化．分别使用位移、速度和加速度传感器，通过最优搜寻，研究了反映AMTMD有效性和鲁棒性的参数．这些参数包括：频率间隔、平均阻尼比、调谐频率比、Min．Min．Max．DMF、标准化反馈增益系数和环增益系数．为比较，同时考虑了多重调谐质量阻尼器和主动调谐质量阻尼器．而且，数值结果表明：AMTMD比MTMD具有更高的有效性和鲁棒性且ATMD也有更高的有效性．     

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。     

基于磁流变阻尼器的多单体组合隔震结构模糊控制研究

提出了一种新的组合结构振动控制体系——多单体组合隔震结构,建立了力学模型及运动方程。基于瞬时最优控制算法,将控制力表达成阻尼力的形式,用磁流变阻尼器充当控制器,运用模糊控制方法对其进行控制。通过计算机仿真分析,并运用LQR控制与之进行对比。研究结果表明,这种组合隔震结构体系的控制效果明显,各结构的地震响应都有明显降低。采用模糊控制不需要建立精确的计算模型,并能达到与LQR控制相接近的控制效果。用磁流变阻尼器充当控制器减少了能量输入,在结构2与结构3之间安装弹簧-阻尼器使控制更容易实现。     

基于Liapunov理论的结构非线性振动的混合控制

研究了地震激励下高层建筑进入塑性阶段后，结构非线性振动的混合控制问题。高层建筑简化为剪力墙形式，具有非线性滞变恢复力。采用被动基础隔振和主动控制力相结合的策略，对结构的非线性振动进行混合控制。基于Liapunov第二法，从系统的能量角度出发进行稳定性分析，找到控制系统的Liapunov函数，本着工程抗震设计中安全与经济的原则，应用允许结构反应进入非线性或塑性阶段的理论，判定所提出的混合控制方法具有Liapunov意义下的稳定。     

箱形复合材料层板结构的内噪声优化控制

基于结构声强法研究了箱形复合材料层板结构在动荷载作用下的结构噪声控制.将叠层顺序为[45°/-45°/45°/-45°]的碳纤维/环氧层合板与铝板分别组成的箱形结构的被动和主动噪声控制进行了比较.应用MSC/NASTRAN商业软件计算了箱形复合材料层板结构表面在动荷载作用下各单元的力和速度,再应用MATLAB自编程序计算得出箱形复合材料层板结构表面的结构声强.根据结构声强向量图和流线图,可得出安置阻尼器和施加主动控制力的可能的有效位置.再利用声场计算得到安置阻尼器和施加主动控制力的最优有效位置.基于结构声强的噪声控制法为实际车辆和航空机舱提供了一种简洁而直观的内噪声控制的参考方法.     

海洋平台地震响应的H∞控制

提出了将H_∞控制及平衡降阶法应用于结构主动控制的新方法.该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后利用降阶模型构造出H_∞控制器和H_∞观测器对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径.本文最后以海洋平台地震响应的ATMD主动控制为例,验证了本文方法的有效性.     

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