结构振动的滑模变结构半主动控制

研究应用磁流变阻尼器(MRD)对结构振动半主动控制的算法和原理。研制并对磁流变阻尼器进行了阻尼特性实验，采用非线性滞回双粘性模型描述磁流变阻尼器的阻尼特性，模型结果与实验结果非常一致。采用滑模控制算法和趋近律方法设计了半主动控制器。利用滑模控制方法所建立的控制器，本文给出了地震激励下结构振动半主动控制算例。计算分析表明，半主动滑模控制具有控制效果明显、鲁棒性好等优点，是一种非常有发展前途的控制方法。     

含分数阶Bingham模型的阻尼减振系统时滞半主动控制

针对基于磁流变液阻尼器的半主动控制系统中存在的时滞问题, 采用了一种将可控的时滞变量引入半主动控制切换条件的控制策略, 研究了考虑时滞的天棚阻尼控制切换条件对半主动阻尼减振系统的影响, 分析了含有分数阶Bingham模型的线性刚度系统在基础激励下的振动特性. 利用平均法得到了系统在含时滞半主动控制策略下主共振响应的近似解析解, 根据Lyapunov理论分析了系统的稳定性. 通过数值解验证了近似解析解的准确性, 二者具有较好的一致性. 利用近似解析解分析了固定激励频率下时滞对系统幅频响应特性的影响, 以及主共振峰值响应和共振频率随时滞变化的特性规律. 结果表明, 含时滞的半主动控制系统存在一个小时滞区间, 使得系统的振幅在主共振峰对应的频率附近低于不考虑时滞时系统的振幅, 且存在最优时滞使得系统的振幅大幅度降低; 而大时滞的引入会加剧系统的振动, 导致系统的颤振. 确定了基于分数阶Bingham模型的线性刚度系统在天棚阻尼半主动控制下的时滞选取原则, 为振动系统半主动阻尼控制中的时滞选取提供了参考.      

随机激励下汽车悬架磁流变阻尼半主动控制研究

本文研究了在被动控制、半主动线性控制、半主动磁流变非线性控制三种控制策略情况下，采用磁流变阻尼的1／4车体模型的运行效果，所采用的路面激励为对正弦的摄动激励和随机激励。研究结果表明磁流变阻尼应用于车辆半主动控制后具有很好的效果，证实了磁流变阻尼在汽车控制中的可行性及优越性。     

基于分数阶磁流变液阻尼器模型的车辆悬架组合控制

磁流变液阻尼器的分数阶Bingham模型结构形式简单, 而且可以更好地描述系统的滞回特性. 建立了含有分数阶Bingham模型的单自由度1/4车辆悬架系统模型, 利用磁流变液阻尼器对在路面简谐激励下的非线性车辆悬架系统进行振动控制. 研究了含有分数阶Bingham模型的悬架系统在天棚阻尼半主动控制下的主共振响应, 利用平均法得到了系统的近似解析解. 求解了系统定常解的幅频响应方程, 并根据李雅普诺夫稳定性理论得到了悬架系统的稳定性条件. 通过绘制数值解和解析解的幅频响应曲线对比图, 验证了近似解析解的正确性. 利用簧载质量垂直方向的加速度均方根值分析了半主动控制对车辆乘坐舒适性的影响, 发现天棚阻尼半主动控制策略在低频激励区域反而会降低车辆的乘坐舒适性. 因此提出了一种被动控制与半主动控制相结合的组合控制策略, 并分析了半主动控制参数对振动控制效果的影响. 分析结果表明, 该组合控制策略不但能够提高车辆的乘坐舒适性, 而且能有效抑制悬架系统的主共振振动幅值.      

一类阻尼控制半主动隔振系统的解析研究

研究了一类基于相对速度反馈的含立方刚度的单自由度非线性半主动隔振系统.通过平均法得到了系统分别在基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略、速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略和位移-相对速度反馈的地棚阻尼控制策略下主共振响应的近似解析解,并利用数值解验证了近似解析解的准确性.通过 Lyapunov 理论对不同控制策略下系统的稳定性进行了分析,讨论了系统参数对控制效果的影响.分析结果表明,对 3 种基于相对速度反馈的控制策略进行解析研究时,切换条件中的控制参数具有相同的表达式;在抑制共振响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略在低频时的减振效果最好,而基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略在高频时的减振效果最优;在抑制瞬态响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略的减振效果最好.此类解析研究方法可应用到其他半主动开关控制策略中,为半主动隔振系统的控制策略研究提供了有效的方法和手段.      

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE VIBRATION ISOLATION SYSTEMS WITH DAMPING CONTROL 1)

研究了一类基于相对速度反馈的含立方刚度的单自由度非线性半主动隔振系统.通过平均法得到了系统分别在基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略、速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略和位移-相对速度反馈的地棚阻尼控制策略下主共振响应的近似解析解,并利用数值解验证了近似解析解的准确性.通过 Lyapunov 理论对不同控制策略下系统的稳定性进行了分析,讨论了系统参数对控制效果的影响.分析结果表明,对 3 种基于相对速度反馈的控制策略进行解析研究时,切换条件中的控制参数具有相同的表达式;在抑制共振响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略在低频时的减振效果最好,而基于加速度-相对速度反馈的加速度驱动阻尼控制策略在高频时的减振效果最优;在抑制瞬态响应振幅方面,基于速度-相对速度反馈的天棚阻尼控制策略的减振效果最好.此类解析研究方法可应用到其他半主动开关控制策略中,为半主动隔振系统的控制策略研究提供了有效的方法和手段.     

NEURAL NETWORK MODEL OF MAGNETORHEOLOGICAL DAMPER FOR VIBRATION ISOLATION PLATFORM OF WHOLE-SPACECRAFT

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

整星隔振用磁流变阻尼器神经网络模型

为改善星箭界面振动环境,设计六杆隔振平台,采用磁流变阻尼器作为半主动控制元件,替代原有锥壳过渡支架.对整星隔振平台用磁流变阻尼器进行性能测试,得到反映磁流变阻尼器阻尼特性的实验数据.建立具有两个隐含层的反向传播神经网络对阻尼器进行建模,用于预测磁流变阻尼器阻尼特性以及控制系统设计.提出一种串行算法优化网络结构、权值和阈值,保证网络具有较好的泛化能力和稳定性.仿真结果表明,与参数化模型相比,提出的神经网络模型具有较小的训练误差和较强的泛化能力,能够很好地预测阻尼器的阻尼特性.     

高速列车磁流变半主动悬挂控制策略研究

为了提高列车运行平稳性,在经典的天棚控制和加速度控制的基础上,提出了一种新型混合控制策略,对高速列车磁流变半主动悬挂控制系统进行了仿真和实验研究.首先,对磁流变阻尼器(MRD)的力学特性测试分析,引入具有电流饱和特性的修正函数,建立了MRD的修正扩展双曲正切模型.然后,设计了面向列车平稳性的新型混合控制策略,通过分析车体加速度传递特性,比较了不同控制策略在全频域内的控制效果.此外,从相频特性的角度阐释了新型混合控制策略在全频段的控制优势.将MRD修正模型应用于悬挂控制,利用UM和Simulink软件建立了整车磁流变半主动悬挂控制系统联合仿真模型,分析不同控制策略对车辆动力学性能的影响.最后,构建了基于MRD的整车悬挂系统硬件在环实验台,通过开展硬件在环实验分析不同控制策略下的车体响应.结果表明,相比传统的控制策略,新型混合控制策略能兼顾低频段和高频段的振动控制效果,不仅可以提高列车的运行平稳性,而且不会恶化列车的运行安全性.硬件在环实验证明了新型混合控制策略的有效性,以及高速列车应用半主动控制悬挂的可行性.     

可调磁流变阻尼在汽车悬架的半主动控制中的应用

本文研究了采秀磁流变阻尼的汽车半主动控制悬架在确定性激励和随机激励下的运行效果,分析了可调磁流变阻尼半主动控制的控制规律及响应情况,并与采用传统阻尼的汽车被动悬架和主动悬架进行了对比,证实了磁流变阻尼应用于汽车半主动控制的可行性及优越性。     

Comparative research on semi-active control strategies for magneto-rheological suspension

This paper presents the comparison results of a study to identify an appropriate semi-active control algorithm for a MR suspension system from a variety of semi-active control algorithms for use with MR dampers. Five representative control algorithms are considered including the skyhook controller, the hybrid controller, the LQG controller, the sliding mode controller and the fuzzy logic controller. To compare the control performances of the five control algorithms, a quarter car model with a MR damper is adopted as the baseline model for our analysis. After deriving the governing motion equations of the proposed dynamic model, five controllers are developed. Then each control policy is applied to the baseline model equipped with a MR damper. The performances of each control algorithm under various road conditions are compared along with the equivalent passive model in both time and frequency domains through the numerical simulation. Subsequently, a road test is performed to validate the actual control performance. The results show that the performance of a MR suspension system is highly dependent on the choice of algorithm employed, and the sliding mode control strategy exhibits an excellent integrated performance.     

MR阻尼器的半主动控制研究

MR阻尼器能提供可以调节的阻尼力,适合用作减少结构地震响应的半主动控制器。本文对MR阻尼器的半主动控制进行研究,提出了状态跳跃算法,根据结构响应的大小实现MR阻尼器的状态切换,使结构响应得到有效的控制。这种控制策略简便,不需要在线计算,便于实施。由于速度响应直接影响MR阻尼器的阻尼力,建议用速度响应作为MR阻尼器进行状态切换的变量。文中给出了两个算例,进行了计算分析和比较,说明了状态跳跃控制算法的特点。     

A NEW STOCHASTIC OPTIMAL CONTROL STRATEGY FOR HYSTERETIC MR DAMPERS

I. INTRODUCTION Magneto-rheological (MR) ?uid as a smart material possesses fairly good essential characteristics suchas reversible change between liquid and semi-solid in milliseconds with a controllable yield strengthwhen exposed to a magnetic ?eld. A…     

Stochastic minimax semi-active control for MDOF nonlinear uncertain systems under combined harmonic and wide-band noise excitations using MR dampers

A stochastic minimax semi-active control strategy for multi-degrees-of-freedom (MDOF) strongly nonlinear systems under combined harmonic and wide-band noise excitations is proposed. First, a stochastic averaging procedure is introduced for controlled uncertain strongly nonlinear systems using generalized harmonic functions and the control forces produced by Magneto-rheological (MR) dampers are split into the passive part and the active part. Then, a worst-case optimal control strategy is derived by solving a stochastic differential game problem. The worst-case disturbances and the optimal semi-active controls are obtained by solving the Hamilton–Jacobi–Isaacs (HJI) equations with the constraints of disturbance bounds and MR damper dynamics. Finally, the responses of optimally controlled MDOF nonlinear systems are predicted by solving the Fokker–Planck–Kolmogorov (FPK) equation associated with the fully averaged Itô equations. Two examples are worked out in detail to illustrate the proposed control strategy. The effectiveness of the proposed control strategy is verified by using the results from Monte Carlo simulation.     

半主动摩擦阻尼器的模糊次优Bang-Bang控制

结合Takagi-Sugeno型模糊逻辑和次优Bang-Bang控制,提出了一种新的控制算法一模糊次优Bang-Bang方法.将该方法应用于半主动摩擦阻尼器的结构控制,对其减震效果和适应性进行了研究.数值结果表明,本文提出的方法不仅能有效地减小结构的地震响应,而且对不同强度的地震动有较强的适应能力.     

Semi-active hydropneumatic spring and damper system

This paper is concerned with the development of a semi-active hydropneumatic spring and damper system, comprising of a two state hydropneumatic spring and a two state hydraulic damper. The system was specifically developed to improve the ride comfort and handling of large off-road vehicles. The suspension requirements for good ride comfort and handling for heavy off-road vehicles are discussed with special reference to the advantages of semi-active hydropneumatic springs and semi-active dampers. The layout and functioning of an experimental spring and damper unit used for laboratory tests are discussed. Spring and damper characteristics, as well as valve response times for both the semi-active spring and semi-active damper were determined. A single degree of freedom test rig with a sprung mass of 3 tons was used to perform first order ride comfort tests. Tests include step response and random input response. The test rig was also used to evaluate semi-active control strategies for both spring and damper as well as a control strategy for implementing ride height adjustment without using an external hydraulic pump.     

斜拉索振动控制中MR阻尼器选型的研究

以全索全时段振动响应的均方根(RMS)评价MR阻尼器对斜拉索的减振效果。计算结果表明MR阻尼器型号是影响斜拉索减振效果的最主要因素。斜拉索的减振效果在选用合适的MR阻尼器时达到最佳。进而研究了MR阻尼器型号与阻尼器安装位置、施加的电压、斜拉索基频(张力、索长、质量)、激励荷载(类型、频率、幅值)等各种因素的关系,为MR阻尼器合理选型提供了优化设计的方法。型号选用主要是与斜拉索基频和MR阻尼器安装位置有关。在引起索基频变化的因素中,索质量对型号的选取影响最大;而索长对型号影响不大。对于索质量较大、张力较大、MR阻尼器安装位置较低、外界激励较大、频谱特征多变、低频为主时需要较强的MR阻尼器。进一步研究表明,半主动控制与开环控制的最优MR阻尼器型号有较好的一致性,因此半主动控制所选用的MR阻尼器型号可参照被动控制时最优MR阻尼器型号。     

一类非线性磁流变系统局部分岔特性研究

讨论了一类基于磁流变阻尼器非线性系统的局部分岔与控制问题，建立了该系统的动力 学模型，运用中心流形定理和范式理论，得到该系统双零特征值问题的规范形及其普适开折， 进而探讨了此系统的分岔行为和稳定性；给出了分岔曲线、转迁集；并给出了此类非线性系 统的数值仿真结果.