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.     

失谐弱耦合卫星天线结构振动分析及预测控制

为了研究弱耦合卫星天线结构的振动控制,建立了该结构的简化计算模型,并针对该模型研究了弱耦合卫星天线结构动力学性能的特殊性:结构失谐时的振动模态局部化现象;针对失谐前后的结构,采用预测控制方法进行了振动控制,并与二次线性最优控制(LQR)方法的振动抑制效果进行了对比. 仿真结果表明:弱耦合星载天线结构参数的微小失谐会导致结构振动产生明显的模态局部化;采用预测控制方法进行结构振动控制的效果明显优于LQR控制方法,且在失谐导致的模型失配时,预测控制方法对结构振动亦有较好的抑制;在进行此种结构的振动主动控制时必须考虑到结构失谐的影响.      

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。     

安装蜂窝板动力学特性分析及主动控制试验研究

通过对蜂窝芯的等效化处理,建立了ANSYS的壳单元模型,并作有限元模态分析,然后与其试验模态分析结果比较,有限元分析结果和试验结果基本一致。通过ANSYS的PSD随机功率谱分析和模态分析所得振型确定了贴片位置,对蜂窝板进行了压电智能结构振动主动控制试验研究,得到了较好的振动抑制效果。分析结果为仪器安装蜂窝板的设计和实现智能结构控制提供了重要参考依据。     

基于模型参考自适应控制方法的风洞尾支杆振动主动控制

考虑尾支杆结构低频振动特性,研究了基于自适应算法的风洞尾支杆振动主动控制方法。在分析尾支杆结构特性,建立有限元模型,提取相应参数矩阵建立系统数学模型的基础上,基于DC增益模态排序方法对模型进行降阶,得到了只含尾支杆俯仰方向上一阶弯曲和二阶弯曲模态的模型;结合模型参考自适应控制方法能够快速预测误差方向的优点,设计了适用于尾支杆结构振动的主动抑振系统,并通过Lyapunov方法证明了控制系统的稳定性。仿真结果表明:基于DC增益排序方法缩减模型能够准确表征实际结构的动态特性,提高分析效率,所设计控制器使得风洞尾支杆结构俯仰振动幅值比原振动幅值降低了88%。     

基于静力响应面的结构有限元模型修正方法

提出了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法.运用响应面方法,将结构静力响应和结构参数之间复杂的隐式关系用显式函数近似表达出来;在此响应面模型(函数)基础上,通过优化计算对结构有限元模型参数进行修正.阐述了基于静力响应面的结构有限元模型修正方法的基本理论和一般实现过程.对两跨连续梁结构的静力模型修正数值算例分析结果表明:基于静力响应面的有限元模型修正方法可以减少结构有限元计算的次数、提高模型修正的优化效率,结构有限元模型修正结果具有可接受的精度.     

桁架系统的模型降阶及其主动控制研究

对桁架结构系统的模型降阶和主动控制进行了研究。系统模型采用有限元方法进行建模;模型降阶分别采用模态价值分析方法和内平衡降阶方法;控制设计采用最优控制方法。同时详细给出了模态价值分析方法和内平衡降阶方法的降阶过程,并将两者的结果进行了数值对比。仿真结果显示,两种降阶方法均能够有效地对桁架系统进行模型降阶,本文采用的最优控制律能够有效地抑制结构的振动。     

结构动力学有限元模型修正的目标函数及算法

结构动力学有限元模型修正是结构动力学领域的一个热点问题,回顾了结构动力学有限元模型修正研究的发展历史和现状,简要评述了结构动力学有限元模型修正所使用的设计变量,着重阐述了各种结构动力学有限元模型修正方法中所使用的目标函数及修正算法,讨论了工程结构动力学有限元模型修正的一些策略,最后对结构动力学有限元模型修正技术的发展进行了总结和展望.     

飞机某复合材料弯管的振动主动控制

针对某飞机上典型的复合材料弯管结构的振动 ,采用压电元件作为传感器和作动器 ,通过有限元分析其振动模态以确定压电元件的施加位置 ,进一步利用自适应前馈控制策略 ,对其振动进行了主动控制 ,最终取得了有效的减振效果     

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。     

基于能量准则的梁振动多模态主动控制的LQR法

选用以结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR算法,在单对压电元件进行梁振动主动控制的基础上,使用多对压电元件进行主动控制．运用该算法对压电层合梁的振动控制进行了分析计算．数值算例表明该方法能够有效地控制多阶模态并减小控制能量的消耗．由此,进一步验证了以结构振动能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR算法的正确性。     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF FINITE L-SHAPED BEAM WITH TRAVELLING WAVE APPROACH

In this paper, the disturbance propagation and active vibration control of a finite L-shaped beam axe studied. The dynamic response of the structure is obtained by the travelling wave approach. The active vibration suppression of the finite L-shaped beam is performed based on the structural vibration power flow. In the numerical calculation, the influences of the near field effect of the error sensor and the small error of the control forces on the control results are all considered. The simulation results indicate that the structural vibration response in the medium and high frequency regions can be effectively computed by the travelling wave method. The effect of the active control by controlling the power flow is much better than that by controlling the acceleration in some cases. And the control results by the power flow method are slightly affected by the locations of the error sensor and the small error of the control forces.     

Imposing nodes for linear structures during harmonic excitations using SMURF method

Vibration absorbers are usually designed using the finite element (FE) model of structures. It is generally believed that the modal models are more accurate than FE models, because in modal testing the model is built by direct measurement of the test structure. In this paper, a method is proposed to design a translational vibration absorber using the measured frequency response functions of a primary structure. The designed vibration absorber imposes a node on the structure when it is excited by a harmonic force. The method is based on the structural modification using experimental frequency response functions technique and determines the required receptance of the absorber at the excitation frequency. Moreover, a procedure is developed to suppress the vibration amplitude of two arbitrary points on a linear structure subjected to harmonic excitations by attaching two sprung mass absorbers. A cantilever beam is considered for the numerical case study, and the sprung masses are designed to suppress the vibration amplitude of the beam at the selected arbitrary points. A U-shape plate was considered for the experimental validation of the method for imposing a node using one absorber. Also, a beam was tested to demonstrate the effectiveness of method for imposing two nodes on the structures. The experimental results show that the designed absorbers can considerably suppress the vibration amplitude at the selected points on the structure.     

非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制

采用变结构控制方法对非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制进行研究．重点通过算例揭示一次近似模型与传统的零次近似模型的巨大差异，以及变结构方法在控制非惯性系下柔性悬臂梁的稳态振动的有效性．结果表明，当大范围旋转运动角速度较大时，传统零次近似模型不能对动力系统进行正确的数学描述；变结构控制方法能够使得非惯性系下梁的稳态振动得到完全镇定，且该方法对转动角速度变化具有较好的鲁棒性；采用零次近似模型进行控制设计的控制效果将在某一临界角速度条件下出现失效，该临界角速度值大于静止悬臂梁的基频．     

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。     

具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学行为研究

弹性梁结构作为一种基本单元被广泛于建筑、航空、航天、船舶等工程领域. 为有效降低弹性梁结构的振动水平, 深刻理解其振动特性、动力学行为显得尤为重要. 本文建立了具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学分析模型, 并采用伽辽金截断法预报梁结构的动力学响应. 在伽辽金截断法的求解过程中, 选取具有弹性边界约束的轴向载荷梁结构的模态振型函数作为伽辽金截断法的试函数与权函数. 首先, 研究截断数对伽辽金截断法稳定性的影响, 并采用谐波平衡法研究伽辽金截断法的可靠性. 在此基础上, 研究谐波激励扫频方向、非线性支撑参数对具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学响应的影响规律. 研究结果表明, 具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的动力学响应具有初值敏感性且非线性支撑参数对梁结构动力学响应的影响显著. 相关非线性支撑参数使得梁结构出现复杂动力学行为. 合适的非线性支撑参数能够抑制具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的复杂动力学行为并对梁结构边界处的减振具有有益效果.      

中性线修正型变截面梁类构件压电控制

传统绝对节点坐标法(absolute nodal coordinate formulation,ANCF)在变截面梁类构件建模过程中常以几何中位线等效构造单元中性线,难以对变截面单元位移场状态进行精确描述.为解决此类问题,本文以中细型变截面梁类构件为研究对象,深入考虑变截面结构几何因素及复合材料属性对变截面梁类构件中性...     

基于近场动力学的梁结构振动特性分析方法研究

基于欧拉梁理论推导了两自由度梁的常规态型近场动力学（Peridynamics,PD）模型,并提出一种新的自由边界条件施加方法,对不同边界条件的PD梁进行了模态分析,与局部梁的有限元结果进行了对比,验证了模型的收敛性,分析了PD非局部参数对固有频率的影响。结果表明,当近场作用域内物质点密度较小时,PD梁模型非局部性较弱,与局部梁的有限元结果接近,随着物质点密度逐渐增大,非局部作用增强,PD梁的固有频率逐渐降低;当尺度参数趋于零时,PD梁的固有频率收敛到局部梁的有限元解,PD梁退化为局部梁。研究表明,本文提出的PD梁模型和自由边界施加方法适用于分析梁的振动特性,为采用PD方法分析梁结构的动力特性提供了参考。     

Displacement modal identification method of elastic system under operational condition

Modal identification of engineering structure in operation deals with the estimation of modal parameters from vibration data obtained in working conditions rather than laboratory conditions. After one structure destruction during a flight test, it was strongly required to carry out full-scale model testing to acquire the low-frequency vibration acceleration data of the investigated rocket (its structural dynamic properties could be represented by a beam). These vibration data were used to assess the modal properties of the modified structure. In this paper, a new modal identification method based on vibration displacement is suggested. The displacements of the measured points on the rocket are obtained by the integration of the low-frequency vibration accelerations during free flight test. In the method, the data are filtered through wavelet transform. For comparison, several methods are used to extract the modal frequencies of the investigated beam. In terms of the results of standard deviation of identified frequencies, it is believed that the generalized displacement-based modal identification method is more practicable in modal identification for similar problems.     

基于压电振动能量俘获的弯曲结构损伤监测研究

建立了含裂纹损伤的曲梁压电能量俘获系统在强迫振动下的动力学模型. 基于Prescott型压电曲梁力电耦合振动方程的解析解和裂纹截面处的连续性条件, 求解了含裂纹损伤的压电曲梁的格林函数. 根据线性叠加原理, 对含裂纹的力电耦合模型的系统方程解耦, 得到强迫振动下含裂纹损伤的曲梁压电俘能器的输出电压. 在得到模型的强迫振动解析解后, 提出逆方法检测结构中的裂纹损伤, 这一检测方法适用于处于振动状态下的结构. 在数值计算中, 令裂纹深度为零, 通过对比本文的解析解与现有文献中的解析解, 验证了本文解的有效性. 分别分析了含裂纹损伤的压电曲梁的电压响应与裂纹深度、裂纹位置、材料的几何参数以及阻尼之间的关系. 研究结果表明: 裂纹的存在对曲梁式压电俘能器的影响比直梁式更加复杂; 裂纹出现时, 损伤曲梁在健康曲梁的一阶频率值处一定会出现波动并被激励出二阶频率, 此时的二阶频率是开路中健康压电曲梁的一阶频率值; 通过对电压响应的检测可以确定的损伤裂纹的深度和在结构中出现的位置范围; 利用振动问题的解来检测压电曲梁的健康状况是可行且准确的.