时滞对结构振动半主动控制效果的影响

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，采用最优控制原理设计了控制器，给出在地震激励下结构半主动控制的仿真计算。研究了时滞对结构振动半主动控制效果的影响。数值结果表明：本文设计的半主动控制策略可有效地减小结构的振动响应，时滞对磁流变半主动控制效果随着时滞的增大而变差，但时滞不会导致该反馈控制系统的失稳。     

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。     

时滞非线性动力吸振器的减振机理

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构,采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能,得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明,对时滞非线性动力吸振器,可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动. 研究还发现,对确定的反馈增益系数,可以存在时滞的一些调节区域,时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动. 并且在时滞的这些可调区域里,存在一个``最大减振点'对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数,``最大减振点'对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值,最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明,当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时,主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90{\%}左右, 数值模拟也证实了解析结果的正确性.      

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     

结构随机动力稳定性的定量分析方法

提出了结构随机动力稳定性的定量分析方法,讨论了经典的随机动力稳定性概念,指出结构动力稳定性不仅与结构参数有关,也与作用在结构上的外部载荷密切相关,据此引入了一种判定结构动力稳定性的新准则,明确了结构随机动力稳定性的基本涵义.在概率守恒原理基础上,推导了概率耗散系统的广义概率密度演化方程.引入结构动力失稳的物理机制作为引起概率耗散的驱动力,利用概率耗散系统概率密度演化方程、可以方便获得结构响应的概率密度演化过程,从而定量求解结构的动力稳定概率.据此,可以定量评价结构系统依概率为1或依给定概率意义上的结构随机动力稳定性.采用本文所建议方法对典型结构动力系统进行了随机动力稳定性分析,并与蒙特卡洛方法计算结果进行对比.数值结果表明了所建议方法的有效性.      

哈密顿系统正则变换在时变最优控制中的应用

利用哈密顿系统正则变换和生成函数理论求解线性时变最优控制问题,构造了新的最优控制律形式并提出了控制增益计算的保结构算法. 利用生成函数求解最优控制导出的哈密顿系统两端边值问题,并构造线性时变系统的最优控制律,由第2类生成函数所构造的最优控制律避免了末端时刻出现无穷大反馈增益. 控制系统设计中需求解生成函数满足的时变矩阵微分方程组. 根据生成函数与哈密顿系统状态转移矩阵之间的关系,从正则变换的辛矩阵描述出发,导出了求解这组微分方程组的保结构递推算法.为了保持递推计算中的辛矩阵结构,哈密顿系统状态转移矩阵的计算中利用了Magnus级数.      

随机和区间非齐次线性哈密顿系统的比较研究及其应用

随着计算机技术的飞速发展,更高效、更稳定和长时间模拟能力更强的数值算法需求迫切.哈密顿系统辛算法与传统算法相比在稳定性和长期模拟方面具有显著优越性.但动力系统中不可避免地存在大量不同程度的不确定性,动力学分析中需要考虑这些不确定性的影响以确保合理有效性.然而,目前考虑参数不确定性的哈密顿系统响应分析的研究基础还比较薄弱.为此,本文考虑随机和区间参数不确定性,对两种不确定性非齐次线性哈密顿系统分析计算结果进行了比较研究,从而突破了传统哈密顿系统的局限性,并应用于结构动力响应评估中.首先,针对确定性非齐次线性哈密顿系统,提出了考虑确定性扰动的参数摄动法;在此基础上,分别提出了随机、区间非齐次线性哈密顿系统的参数摄动法,得到了它们响应界限的数学表达;随后,用数学理论推导得到了区间响应范围包含随机响应范围的相容性结论;最后,两个数值算例在较小时间步长下验证了所提方法在结构动力响应中的可行性和有效性,体现了随机、区间哈密顿系统响应结果之间的包络关系,并在较大时间步长下与传统方法相比较凸显了哈密顿系统辛算法的数值计算优势、与蒙特卡洛模拟方法相比较验证了所提方法的精度.     

拟哈密顿系统非线性随机最优控制

主要介绍近十几年来拟哈密顿系统非线性随机最优控制理论方法及其应用的研究成果, 包括基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理的非线性随机最优控制基本策略, 即响应极小化控制、随机稳定化、首次穿越损坏最小化控制、以概率密度为目标的控制, 为将它们应用于工程实际而作的部分可观测系统最优控制、有界控制、时滞控制、半主动控制、极小极大控制的进一步研究, 以及综合考虑这些实际问题的非线性随机最优控制的综合策略, 非线性随机最优控制在滞迟系统、分数维系统等中的若干应用, 介绍与这些研究有关的背景, 并指出今后有待进一步研究的问题.     

随机和区间非齐次线性哈密顿系统的比较研究及其应用

随着计算机技术的飞速发展,更高效、更稳定和长时间模拟能力更强的数值算法需求迫切.哈密顿系统辛算法与传统算法相比在稳定性和长期模拟方面具有显著优越性.但动力系统中不可避免地存在大量不同程度的不确定性,动力学分析中需要考虑这些不确定性的影响以确保合理有效性. 然而,目前考虑参数不确定性的哈密顿系统响应分析的研究基础还比较薄弱. 为此,本文考虑随机和区间参数不确定性,对两种不确定性非齐次线性哈密顿系统分析计算结果进行了比较研究,从而突破了传统哈密顿系统的局限性, 并应用于结构动力响应评估中. 首先,针对确定性非齐次线性哈密顿系统, 提出了考虑确定性扰动的参数摄动法;在此基础上, 分别提出了随机、区间非齐次线性哈密顿系统的参数摄动法,得到了它们响应界限的数学表达; 随后,用数学理论推导得到了区间响应范围包含随机响应范围的相容性结论; 最后,两个数值算例在较小时间步长下验证了所提方法在结构动力响应中的可行性和有效性,体现了随机、区间哈密顿系统响应结果之间的包络关系,并在较大时间步长下与传统方法相比较凸显了哈密顿系统辛算法的数值计算优势、与蒙特卡洛模拟方法相比较验证了所提方法的精度.      

含时滞的LQ控制车辆悬架的研究

研究时滞对具有LQ最优控制的1／4汽车线性悬架模型的动特性影响。首先采用了广义的Sturm序列判断准则给出了不同控制增益下单自由度车模型全时滞稳定区,以及在给定时滞情况下绘出了控制增益稳定区;其次,给出了两自由度车模型的全时滞稳定区以及系统在给定的增益下临界时滞的值。此外,讨论了全状态反馈下的稳定性以及稳定性切换问题;最后研究了时滞对系统动力学行为的影响。     

迭代学习型瞬时最优控制及其收敛性分析

将传统的瞬时最优化控制和智能算法中的迭代学习控制相结合,提出了基于最优化控制算法和智能控制算法的迭代学习型瞬时最优化控制算法.该方法以线性系统为模型,以系统的响应与期望响应的差值为反馈,以二次型性能泛函为目标函数,通过迭代学习修正主动控制器的控制信号,提高主动控制的效果.针对迭代学习型瞬时最优化控制算法迭代的特性,本文采用范数方法给出了该方法收敛的充分条件.为验证方法的有效性,选取第二代基准模型作为计算模型,埃尔森特罗地震波南北分量作为输入载荷,数值仿真结果表明,迭代学习型瞬时最优控制算法较传统的瞬时最优控制算法有更好的控制效果.     

基于信号分解和切比雪夫多项式的多体系统区间不确定性分析方法

参数的不确定性会对多体系统动力学响应产生显著影响, 区间分析方法只需根据不确定性参数的边界信息, 便可实现在多体系统动力学分析中考虑参数的不确定性. 考虑区间参数不确定性, 采用切比雪夫区间方法(Chebyshev interval method, CIM)在分析多体系统动力学响应时, 随着时间的增大, 响应边界精度会越来越低. 为解决CIM的这一问题, 本文将信号分解技术与切比雪夫多项式结合, 采用切比雪夫多项式分别对HHT变换(Hilbert-Huang transform, HHT)和局域均值分解(local mean decomposition, LMD)得到的瞬时幅值和瞬时相位近似, 提出CIM-HHT方法和CIM-LMD方法, 以获得含区间参数的长周期动力学响应边界. HHT和LMD分解能够将多体系统的多分量响应分解为多个单分量和一个趋势分量(残余分量)之和, CIM-HHT和CIM-LMD对每个分量的瞬时幅值和瞬时相位、和趋势分量采用切比雪夫多项式近似, 进而建立系统响应的耦合模型, 可以得到系统的动力学响应边界. 最后, 考虑单摆和曲柄滑块机构中的参数不确定性, 验证了CIM-HHT和CIM-LMD方法的有效性. 结果表明, 相比CIM, 在长周期区间动力学响应分析中CIM-HHT和CIM-LMD能够获得较准确的结果. 此外, 相比CIM-HHT, CIM-LMD具有更弱的末端效应, 计算精度更高.      

基于经验包络法的非线性系统参数识别

基于平均法导出了Van der Pol-Duffing类振子响应时程瞬时特性与系统参数间的函数关系,在此基础上提出一种高效的非线性系统参数识别方法。借助经验包络法EE（Empirical Envelope Method）求解了响应时程瞬时特性,验证了EE相对传统Hilbert变换HT（Hilbert Transform）方法在求解瞬时频率上的优势。通过数值算例验证了本文方法的识别精度。分析了信号长度、初始条件、采样频率和噪声比例四种因素对识别精度的影响。结果表明,线性参数识别精度不受上述因素影响,非线性刚度项系数识别精度受各因素影响较为明显;本文方法具有良好的抗噪声性能,即使系统响应受到10%的噪声污染,本文方法也具有很好的识别精度。     

The accompanied slowly-variant-system of nonlinear dynamic systems

The slowly-variant-system is defined and analyzed in this paper and the nonlinear relationship between its instantaneous parameters and the instantaneous amplitude and frequency of its free vibration response is established. By defining the band-pass mapping, a slowly-variant-system which we call the accompanied slowly-variant-system is extracted from the nonlinear system; and the relationship between the two systems is discussed. Also, the skeleton curves that can illustrate the nonlinearity and the main properties of the nonlinear system directly and concisely are defined. Work done in this paper opens a new way for nonlinearity detection and identification for nonlinear systems.     

任意挠曲输液管道瞬时变分原理

给出了弹性系统瞬时势能泛函的一般表达式，得到了其关于任意挠曲输液管道的具体表达式，根据瞬时最小势能原理建立了该结构的有限元动力方程，并首次推导出其离心力载荷公式，讨论了管道结构静平衡位置的发散流速的确定，最后，用简单的实验结果对理论分析作了验证。     

Strain-space plasticity analysis of fibrous composites

A strain-space formulation of plasticity theory for metal matrix fibrous composites is discussed. Specific results are obtained for a composite system in which the fibers are elastic until failure, while the matrix is of the Mises type, with kinematic hardening. The material model of the composite is based on the assumption that the fiber diameter is vanishingly small, and the fiber volume fraction is finite. Explicit expressions are obtained for instantaneous strain concentration factors in the phases, for the instantaneous overall stiffness, and for the overall loading surface and hardening rule during mechanical straining along a prescribed path.     

槽道湍流近壁结构的DPIV观测实验

采用DPIV系统(由两台CCD相机组成)对槽道湍流进行速度场时间历程的观测实验，通 过对大量测量结果的综合分析，取得了槽道湍流近壁结构的空间结构及其时间演化过程特征 的结果，可以揭示上扫下掠、湍流瞬时速度型等现象与大尺度涡演化的物理关系，解释若干 湍流大尺度结构的特征机理，还表明DPIV系统提供了一种定量观测湍流的时空结构特征的手 段.     

伴随变阻尼作用的干摩擦下的车辆系统非线性动力学分析

对分段线性阻尼和干摩擦共同作用下的车辆悬挂系统进行了非线性动力学分析研究，阐述了判定系统周期运动稳定性的理论方法；利用数值模拟方法分析了具有不同阻尼参数组合的系统对简谐激励的振动响应，并分析了由干摩擦引起的粘-滑振动行为．结果表明：提高摩擦力对抑制响应有利，但车辆系统在低速下运行时会出现复杂的粘-滑振动，轮轨之间产生较大的瞬时刚性冲击；而通过增加轮对与侧架的弹性悬挂可以有效减弱这种瞬时刚性冲击．     

淮河大堤老应段土体蠕变特性研究及工程应用

本文依据工程需要, 采取淮河大堤老应段的原状和扰动土样, 在室内对堤体及堤基土的剪切蠕变和拉伸蠕变特性进行了试验研究。粘土的蠕变剪切强度远低于瞬时剪切强度, Ｃ∞值仅是Ｃ值的４０％左右;相同含水条件下粘土的长时抗拉强度大于瞬时抗拉强度, 长时拉伸应变量远大于瞬时拉伸应变量, 约为２倍。     

转子系统瞬时撞击刚度的定量计算方法

通过对转子与定子碰撞过程的线性化处理，得到了转子系统瞬时碰撞刚度的定量计算公式。由该公式确定的碰撞刚度不但与转子和定子的杨氏模量有关，而么与转子的径向速度有关。因此该公式较准确地确定了转子系统的碰撞过程。本文通过实例对如何运用此公式确定转子系统的碰撞刚度进行了详细的论述。