有限变形问题过程最优控制算法

在非增量算法的基础上,提出了用最优控制变分原理形成过程最优控制迭代求解的基本思路,并给出求解的基本控制方程。这一工作为有限变形力学问题的数值求解提供了一个新的处理方法。     

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。     

计算最优控制辛数值方法

针对最优控制问题（OCP）的辛数值方法研究及应用进行综述。主要涉及内容包括,动力学系统为常微分方程描述的一般无约束、含不等式约束和状态时滞的最优控制问题,微分代数方程描述的一般无约束、含不等式约束和含切换系统的最优控制问题,以及闭环最优控制问题。从间接法和直接法两个求解框架出发,重点介绍本课题组在保辛算法方面的研究工作。在间接法框架下,首先基于生成函数和变分原理,将OCP保辛离散为非线性方程组,再数值求解方程组。在直接法框架下,将OCP保辛离散为有限维的非线性规划问题（NLP）,再数值求解。针对闭环最优控制问题,提出了保辛模型预测控制、滚动时域估计和瞬时最优控制算法。研究表明,保辛算法具有高精度和高效率的特点,在航空航天和机器人等领域有着广泛应用前景和价值。     

采用压电机敏元件进行结构振动控制：Ⅰ：耦合系统动力分析

本文从机电耦合弹性体的理论出发，运用Ｈａｍｉｌｏｎ原理建立了一般压电耦合系统的动力分析模型，并给出了模态分析和有限元分析的耦合系统方程，作动方程及检测方程，该分析模型和计算公式可用于任意形状压电耦合系统的动力分析和振动控制设计。另外，导出的模态分析和有限元公式可用现有的商业软件求解。     

主动约束层阻尼结构的数值分析方法

采用板的一阶剪切理论（ＦＯＳＴ），利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了分布式主动约束层阻尼结构的有限元控制方程。作为算例，应用模态应变能（ＭＳＥ）方法研究了一边固支板的主动约束层阻尼振动控制，分析了控制系统中阻尼层厚度及反馈增益对振动控制效果的影响。     

机敏材料和机敏结构的力学分析

机敏材料是一种具有传感和执行的双重功能的功能材料，它无需外界的帮助，而本身就可以在电、磁、热、机械运动、光、声、化学、流变等等性能中的几项之间产生耦合行为，当机敏材料和具体结构形式结合在一起时便构成了机敏结构。本文重点介绍了比压电体更为一般化的线性电磁热弹性固体的一些基本理论，综述了压电体的材料力学分析以及压电体在机敏结构控制中的力学行为分析。最后则简略讨论了其它机敏材料中的力学分析。     

板状结构自发大变形问题的三维数值分析

花朵、树叶等自然界的板状结构因发生大变形而具有婀娜多姿的形状,工程实际的板状结构也会出现类似现象.板状结构是指完全相同的面状结构在厚度方向堆砌而形成的厚度尺寸比面内尺寸相比较小的一类特殊三维结构,在生长或外部环境等因素产生的不协调变形激励下,这类结构会形成内部应力,本文研究因之而发生的自发大变形行为.首先,将板状结构的...     

一种面向舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方法

水下爆炸导致舰船结构毁伤是一个复杂的非线性大变形流固耦合过程,高精度的流固耦合计算是获得高置信模拟结果的关键。基于浸没边界思想,本文提出一种面向大变形壳理论的流固耦合数值方法,可精确刻画流固耦合界面并高效求解流固界面约束方程。基于该方法,本文提出了完整的适用于水下爆炸舰船结构毁伤的大变形流固耦合数值计算方案,并基于大规模并行编程框架,研发形成适用于舰船结构毁伤的流固耦合大规模并行计算软件。与泰勒平板理论解和水下爆炸结构冲击响应实验数据等进行对比表明,本文方法可有效模拟大变形流固耦合工程问题,具备较高数值求解精度。在此基础上,完成了水下爆炸整船结构毁伤过程大规模数值模拟。该方法可有效应用于舰船毁伤等级评估,应用前景广阔。     

结构变形对气动力影响的计算分析

本文介绍了笔者在静气动弹性效应的理论与实验研究中的若干进展。静气动弹性研究涉及作用于飞行器的气 力与结构变形的相互作用,是研究飞行器的风洞试验数据和飞行试验数据相关性的一个重要方面。文讨论了在进行静气动弹性分析时对一些总理２的处理并对风洞试验模型及某型导弹进行了计算,结果表明,对于所选算例,结构变形使升力线斜率降低,压心前移。     

滞变智能隔震结构的序列最优控制算法

将地震波简化为一系列脉冲,在每个时间步长上重新构造控制目标函数,建立了一种新的时域内的结构振动最优控制算法,并在滞变模型的智能隔震结构中用状态转移法加以实现.文中采用Bouc-Wen模型描述结构恢复力,并利用等效线性化方法处理非线性运动方程,分别导出了状态反馈和输出加权的两种表达式.文末选用作者承担设计过的实际隔震建筑中的一个单体工程作为算例,比较了输入三种不同地震波时各种算法的控制效果.结果表明,在相同控制能量下,本文算法对滞变结构能有效地削减响应峰值,综合性能优于现有的两种时域内的结构最优控制算法.     

基于遗传算法和梯度算法压电层合结构的最优形状控制

基于压电层合结构的有限元方程,运用ANSYS/APDL语言,编制了力-电耦合有限元分析程序(MPFEMP).以该程序为计算基础,采用遗传算法和一阶梯度优化算法,以压电片尺寸为设计变量,以压电层合梁和板的预期位移或最小重量为目标函数,给定初始变量和适应度函数,通过循环迭代MPFEMP计算程序,研究了多点控制的压电层合梁板结构的形状最优控制.结论对比分析证明了两种优化方法分析压电层合结构的有效性,同时,对复杂多层智能结构的最优形状控制和主动控制研究具有一定的参考价值.     

OPTIMAL CONTROL OF GAS PIPELINES VIA INFINITE-DIMENSIONAL ANALYSIS

A general optimal control approach employing the principles of calculus of variations has been developed to determine the best operating strategies for keeping the outlet pressure of gas transmission pipelines around a predetermined value while achieving reasonable energy consumption. The method exploits analytical tools of optimal control theory. A set of partial differential equations characterizing the dynamics of gas flow through a pipeline is directly used. The necessary conditions to minimize the specific performance index come from the infinite-dimensional model. The optimization scheme has been tested on a pipeline subject to stepwise change in demand.     

拟不可积Hamilton系统响应的随机最优控制

提出了一种基于拟不可积Hamilton系统随机平均法和随机动态规划原理的控制策略.它可以对受高斯白噪声激励的拟不可积Hamilton系统进行非线性随机最优控制,以使系统的响应最小化.利用拟不可积Hamilton系统随机平均法可以将受控的拟不可积Hamilton系统降维成一维的Ito随机微分方程.利用随机动态规划原理可以为系统响应最小化问题建立动态规划方程.在控制力为有界的条件下,从动态规划方程中可以确定出最优控制规律.受控系统的响应是通过求解与Ito随机微分方程相联系的FPK方程得到的,用一个例子阐述了这一随机最优控制策略的实施过程.     

STOCHASTIC OPTIMAL CONTROL FOR THE RESPONSE OF QUASI NON-INTEGRABLE HAMILTONIAN SYSTEMS~

A strategy is proposed based on the stochastic averaging method for quasi nonintegrable Hamiltonian systems and the stochastic dynamical programming principle. The proposed strategy can be used to design nonlinear stochastic optimal control to minimize the response of quasi non-integrable Hamiltonian systems subject to Gaussian white noise excitation. By using the stochastic averaging method for quasi non-integrable Hamiltonian systems the equations of motion of a controlled quasi non-integrable Hamiltonian system is reduced to a one-dimensional averaged Ito stochastic differential equation. By using the stochastic dynamical programming principle the dynamical programming equation for minimizing the response of the system is formulated.The optimal control law is derived from the dynamical programming equation and the bounded control constraints. The response of optimally controlled systems is predicted through solving the FPK equation associated with It5 stochastic differential equation. An example is worked out in detail to illustrate the application of the control strategy proposed.     

THE OPTIMAL CONTROL VARIATIONAL PRINCIPLE AND FINITEELEMENTS ANALYSIS FOR VISCOPLASTIC DYNAMICS

I.Viscoplastic-DynamicsConstitutiveRelationThestructurematerialwouldarisesimultaneouslytheelasticity,viscosityandplasticityindynamichighstraincondition.Atpresent,theovcrstressmodel,viscoplasticitymodel,quasi-linearconstitutiverelationtheoryandintrinsicvar…     

高层钢结构TMD风振舒适度控制优化设计方法

研究高层钢结构系统的ＴＭＤ风振舒适度控制设计方法,导出了受控结构的内振加速度设计计算公式,给出了受控结构脉动增大系数设计表格和控制设计步骤。算例表明,ＴＭＤ对结构风振加速度的控制是十分有效的。     

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空，航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制９０年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景，对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程，进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的。     

最优控制与计算结构力学的模拟理论

控制理论和计算力学原来是两个互不相关,独立发展的领域,各有自己的一套理论体系。最近发现,控制理论与结构力学之间存在着一一对应的模拟关系。这一相似性原理的发现使得这两个领域里的成果可以互相促进,特别是用计算结构力学解决最优控制问题已显示出独特的优越性。由此产生了一门模拟理论。本文简要介绍该理论的进展。     

复合结构壳体蠕变变形有限元研究

基于蠕变理论，采用有限元数值计算方法，用ANSYS作为计算平台，建立了壳体结构的蠕变变形计算模型．对由耐火材料是镁碳砖炉衬和炉壳组成的复合结构转炉，由于高导热率的镁碳砖广泛使用，引起转炉炉壳的温度升高，导致转炉不同程度地出现了炉壳蠕变变形，致使炉壳使用寿命缩短．研究转炉炉壳蠕变变形的状态及分布规律，可为控制炉壳蠕变变形、延长炉壳使用寿命提供依据．运用所述的有限元计算模型，对复合结构的转炉炉壳的蠕变变形行为进行模拟，模拟结果与现场测量值基本吻合．