折叠式柔性结构振动主动控制的研究

建立了具有刚性运动基的折叠式柔性结构振动主动控制实验系统，采用带实时预测误差修正的预测控制算法进行了这类结构振动主动控制的实验研究。实验结果表明，在实验建模的基础上设计预测控制器对折叠式柔性结构进行振动主动控制，能够有效地抑制柔性结构的振动和提高刚性基姿态定向精度。     

不同边界条件下拉索振动的主动控制研究

拉索由于质量轻、柔性大、阻尼小,在风荷载作用下,容易产生横向振动.一般情况下,想要通过安放在拉索锚座附近的被动、半主动控制装置来抑制这种振动有一定的困难.而在拉索的锚座处沿拉索轴向实施主动控制却是一种很好的方法.由于某些情况下拉索的抗弯刚度对振动频率有一定的影响,本文在考虑拉索抗弯刚度的基础上,建立了不同边界条件下拉索振动主动控制模型.本文通过线性二次型最优控制(LQR)策略对拉索振动实施了主动多模态控制仿真分析.计算结果表明,轴向主动多模态控制能够有效地抑制拉索的振动.     

全柔性空间机器人运动振动一体化输入受限重复学习控制

探究基座、臂、关节全柔性影响下空间机器人动力学模拟、运动控制及基座、臂、关节三重柔性振动主动抑制的问题, 设计了不基于系统模型信息的运动振动一体化输入受限重复学习控制算法. 将柔性基座与关节等效为线性弹簧与扭转弹簧, 柔性臂视为欧拉-伯努利梁模型, 利用拉格朗日方程与假设模态法建立动力学模型, 然后, 用奇异摄动理论将模型分解为包含刚性变量与臂柔性振动的慢变子系统, 包含基座、关节柔性振动的快变子系统, 并分别设计相应的子控制器, 构成了带关节柔性补偿的一体化控制算法. 针对慢变子系统, 提出输入受限重复学习控制算法, 由双曲正切函数, 饱和函数与重复学习项构成, 双曲正切函数与饱和函数实现输入力矩受限要求, 重复学习项补偿周期性系统误差, 以完成对基座姿态、关节铰周期轨迹的渐进稳定追踪. 然而, 为了同时抑制慢变子系统臂的柔性振动, 运用虚拟力的概念, 构造同时反映臂柔性振动与系统刚性运动的混合轨迹, 提出了基于虚拟力概念的输入受限重复学习控制器, 保证基座、关节轨迹精确追踪的同时, 对臂的柔性振动主动抑制. 针对快变子系统, 采用线性二次最优控制算法抑制基座与关节的柔性振动. 仿真结果表明: 控制器适用于一般柔性非线性系统, 满足输入力矩受限要求, 实现对周期信号的高精度追踪, 有效抑制基座、臂、关节的柔性振动, 证实算法的可行性.      

铰接塔海洋平台的振动控制

采用调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)设计了铰接塔海洋平台的振动主动控制方法.首先给出了考虑重力梯度、水压力差、波浪力等外部载荷作用的系统动力学方程,并采用有限差分法对方程进行了离散,而后采用最优控制方法设计TMD的主动控制,并给出了TMD参数的设计方法.仿真结果表明,主动TMD的控制效果优于被动TMD,而且主动控制时的TMD位移量明显小于被动控制方法.     

结构基于独立模态空间控制的神经网络控制

在对柔性结构振动的主动控制中，独立模态空间控制是一种适合于柔性结构振动控制的方法，但如果控制器选择不好就会带来观测溢出和控制溢出．神经网络控制则具有较好的泛化作用和鲁棒性，对抑制观测溢出和控制溢出具有较好的效果．本在独立模态空间控制的基础上设计了一种神经网络控制，并对柔性梁及板进行了控制的数值仿真，取得了较好的效果．     

压电结构的主动控制仿真与实验研究

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模 态空间主动控制方法来控制结构的振动, 采用一种新的仿真方法：PATRAN与MATLAB 联合仿真,对这两种方法进行主动控制数值仿真. 用MATLAB的xPC实时控制,进 行了主动板的振动控制实验,验证了采用上述控 制仿真方法的正确性. 各种结果表明用压电结构进行振动主动控制效果明显.     

含间隙铰接的柔性航天器刚柔耦合动力学与控制研究

大型柔性航天器展开锁定后,运动副中仍存在大量无法消除的间隙. 铰链间隙直接影响柔性航天器的姿态 运动和有效载荷的指向精度及稳定度,会对航天器的动力学特性造成较大的影响. 针对这一问题, 提出一种含间隙铰 接的航天器刚柔耦合动力学建模与控制方法. 首先建立含间隙的铰链精确动力学模型,从而构建含间隙铰接的柔性结构 动力学模型. 然后利用哈密顿原理和模态离散方法,建立含间隙铰接柔性航天器离散形式的刚柔耦合非线性动力学 模型,采用 Newmark 算法对非线性动力学方程进行求解. 基于压电纤维复合材料 (macro fiber composite, MFC) 驱动器 构建航天器的刚-柔-电耦合动力学方程,采用最优控制设计控制律. 分析了铰链参数、中心刚体转动惯量、间隙尺寸和间隙数目对航天器动力学特性的影响,着重研究了铰链间隙对航天器姿态运动和结构振动的影响作用. 最后采用 MFC 驱动器对航天器施加主动控制. 结果表明,铰链参数和中心刚体转动惯量影响航天器的固有频率;随着铰链间隙尺寸的增大及间隙数目的增多,航天器的整体刚度逐渐减小,而航天器的姿态角和振动位移响应不断增大;通过基于 MFC 的主动控制,能够实现含间隙铰接航天器姿态运动与结构振动的协同控制,并缓解间隙对系统动态特性造成的影响.      

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。     

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。     

柔性空间机械臂协调运动的鲁棒神经网络控制及柔性振动PD反馈控制

针对具有未知惯性参数柔性空间机械臂系统的动力学和柔性振动控制问题,设计了基于奇异摄动理论的载体、关节铰轨迹跟踪的鲁棒神经网络控制算法和柔性振动反馈PD控制算法.首先,构建神经网络函数逼近慢变子系统的综合建模误差,设计载体、关节铰协调运动鲁棒控制算法,同时,通过稳定性分析选择神经网络自适应律;应用PD反馈控制来主动控制并消除快变子系统的柔性振动模态.仿真结果表明,所设计的控制算法解决了系统参数未知等因素带来的影响,能快速准确地进行轨迹追踪,同时,柔性杆的振动模态得到明显抑制,在2秒后基本消除.     

Vibration control of nonlinear Absorber–Isolator-Combined structure with time-delayed coupling

A nonlinear combined structure consisted of isolator and absorber with time-delayed coupling active control is proposed in this study, whose vibration suppression effectiveness and control mechanism are investigated. The mathematical model of the combined structure is obtained and stability analysis for different structural parameters and time delay are firstly carried out, which provides a general guideline for the ranges of active control parameters. Then the combined effect of nonlinearity and time delay on vibration suppression and energy transfer is discussed in details based on the analysis of control mechanism by the method of multiple scales. Since the time-delayed nonlinear absorber can induce internal resonance between different modes, the vibration energy at low frequencies can be transferred to high frequency mode and the vibration of the fundamental frequency range is thus suppressed. This paper provides a novel application of internal resonance in vibration suppression of an Absorber–Isolator-Combined structure.     

引导混沌运动到周期运动的自适应控制策略

提出一种自适应控制策略，对控制参数作线性反馈将非线性动力系统由混沌运动引导到指定的周期运动．所解决的关键问题是将反馈控制强度的确定转化为扩维相空间中的极点配置问题．给出了将该策略用于控制Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射和受迫Ｄｕｆｉｎｇ振子的仿真．     

A review of development and implementation of an active nonlinear vibration absorber

Summary We present an account of an implementation of an active nonlinear vibration absorber that we have developed. The control technique exploits the saturation phenomenon that is known to occur in quadratically-coupled multi-degree-of-freedom systems subjected to primary excitation and possessing a two-to-one internal resonance. The technique is based on introducing an absorber and coupling it with the structure through a sensor and an actuator, where the feedback and control signals are quadratic. First, we consider the case of controlling the vibrations of a single-degree-of-freedom system. We develop the equations governing the response of the closed-loop system and use the method of multiple scales to obtain an approximate solution. We investigate the performance of the control strategy by studying its steady-state and transient characteristics. Additionally, we compare the performance of the quadratic absorber with that of a linear absorber. Then, we present theoretical and experimental results that demonstrate the versatility of the technique. We design an electronic circuit to emulate the absorber and use a variety of sensors and actuators to implement the active control strategy. First, we use a motor and a potentiometer to control the vibration of a rigid beam. We develop a plant model that includes Coulomb friction and demonstrate that the closed-loop system exhibits the saturation phenomenon. Second, we extend the strategy to multi-degree-of-freedom systems. We use PZT ceramics and strain gages to suppress vibrations of flexible steel beams when subjected to single- and simultaneous two-mode excitations. Third, we employ Terfenol-D, a nonlinear actuator, and accelerometers to control the vibrations of flexible beams. In all instances, the technique is successful in reducing the response amplitude of the structures. Received 3 May 1999; accepted for publication 3 June 1999     

介电弹性作动器主动隔振模糊控制试验研究

采用模糊控制策略,开展介电弹性作动器的主动隔振性能试验研究。基于介电弹性材料的Maxwell应力模型建立了作动器的力电耦合模型,分析了作动器的非线性特性;针对隔振系统设计了Mamdani型模糊控制器,建立了控制电压信号与振动响应之间的关系;在此基础上,开展了介电弹性作动器主动隔振试验研究,并与加速度反馈控制进行了对比。试验结果表明,在相同驱动电压的情况下,基于模糊控制策略的主动隔振性能要优于加速度反馈控制,且能够显著降低由于非线性驱动力导致的倍频响应幅值,有助于提高隔振系统的稳定性。     

智能结构有限元动力模型的建立及主动振动控制和抑制

采用一种新的压电板单元，建立了含有分布压电传感元件和执行元件结构（智能结构）的有限元动力模型。利用两种反馈控制律，研究了智能结构振动控制与抑制的问题，并提出了智能结构主动振动控制和抑制的一种方法。最后，提供了数值示例，说明本文提出方法的应用。     

基于神经网络算法的建筑结构振动分散控制研究

针对地震作用下建筑结构振动分散控制问题,引入神经网络算法,研究结构振动分散神经网络控制策略,来解决分散控制中各子系统的耦合问题和神经网络算法的训练成本问题.利用径向基函数RBF(Radical Basis Function)神经网络模型并基于newrb函数构建了RBF神经网络控制器,对某20层Benchmark结构模型分别进行集中控制和多工况子系统划分分散控制的数值模拟分析,结果表明,提出的各子系统耦合的分散RBF神经网络振动控制策略考虑了子系统间的信息共享,可有效控制结构的振动响应,且子系统达到理想训练结果所需的训练次数与BP网络相比显著降低.     

主动约束层阻尼振动控制研究进展

主动约束层阻尼(Active Constrained Layer Damping, ACLD)是以可控的压电材料代替被动约束层中不可控的约束层,通过可控的约束层主动地控制黏弹性材料的剪切变形以进一步增大其对振动能量耗散的主动阻尼形式,它充分结合了主动控制与被动阻尼作用各自的优势,使得其在结构振动控制方面显示出极好的应用价值.本文首先解释了ACLD的基本结构和阻尼机理,然后综述了最近几年有关ACLD在结构建模,控制方案及结构优化等方面的最新研究进展,最后指出了应用前景并总结了进一步研究的问题.      

Stability analysis of the active control system with time delay using IHB method

In this paper, the incremental harmonic balance method is employed to solve the periodic solution that a vibration active control system with double time delays generates, and the stability analysis of which is achieved by the Poincare theorem. The system stability regions can be obtained in view of time delay and feedback gain, the variation of which is also studied. It turns out that along with the increase of time delay, the active control system is not always from stable to unstable, and the system can be from stable to unstable state, whereas the system can be from unstable to stable state. The extent that the two times delays impact on the system stability region is mainly related to the relative magnitude of the two feedback gains. The system can maintain the stable state under the condition of the well-matched feedback gains. The results can provide evidence to design the control strategy of time-delayed feedback.     

基于市场机制的TLCD半主动控制方案

基于市场机制控制是利用市场来模拟复杂的控制系统,用销售商和消费者来代替控制器和受控结构,从而将整个控制系统离散化,对结构的振动实施有效的控制。本文将基于市场机制的控制理论应用于TLCD半主动控制,提出了一种新的TLCD的半主动控制方案,即基于市场机制的TL CD半主动控制方案。首先建立TLCD-结构控制体系的运动方程,给出了半主动控制方案,用一个单自由度结构为例来阐述基于市场机制的TLCD半主动控制方案并对控制系统进行分析。然后用一个五层结构来验证这种方法的有效性。结果表明,基于市场机制的半主动TLCD开关控制不仅减振效果好,而且节约能量,简单易行,便于在实际工程中应用。     

Active vibration control and suppression for integrated structures

Spacesmictures,aircraftstrUctures,satellitesandsoonarerequiredtobelightinweightduetotherequirementofoperation.TheyarealsolightlydampedbecauseofthelowinternaldampingofthematerialsusedintheirconstrUction.Thus,theywillgeneraiClargeamplitudevibration,whichmayreducetheprecisionofoperationandaffectthePerformanceofoperation.Itisessentialtousesuitablecontrolsystemtocontrolthevibrationofsimctures.Sincethesesmicturesaredistributedparametersystemshavinganinfinitesetofvibrationmodes,thecontrolsystemwith…