复合柔性结构全局模态函数提取与状态空间模型构建

随着航空航天等领域中实际工程结构的大型化和柔性化,结构的非线性振动和主动振动控制问题越来越凸显.分析和处理此类结构出现的复杂振动问题的关键在于建立系统的非线性动力学模型与状态空间模型.对于由柔性部件、刚体、连接部件构成的复合柔性结构,由于各部件之间的振动耦合效应,单个柔性部件在悬臂、简支和自由等静定边界下的模态与结构的真实模态有较大差异.为此,本文提出复合柔性结构全局模态的解析提取方法,通过全局模态离散得到系统非线性动力学模型,从而构建状态空间模型.该方法采用笛卡尔坐标描述系统的运动,建立系统的运动方程;结合描述柔性部件的偏微分方程、刚体的常微分运动方程、连接界面处力、力矩、位移和转角的匹配条件以及系统的边界条件,利用分离变量法给出统一形式的频率方程,获取系统的固有频率和解析函数表征的全局模态.这里提出的全局模态提取方法不仅便于复合柔性结构固有频率和全局模态的参数化分析,而且为建立复合柔性结构低维非线性动力学模型和状态空间模型提供了有效的途径,对于推进这类结构的非线性动力学分析与主动振动控制研究具有重要意义.     

基于假设模态加权的全局模态提取方法及其应用

假设模态法在单一梁、杆、索、板等柔性结构动力学建模中有广泛应用,但在处理组合结构振动问题时,常常因无法反映各部件之间的耦合作用使其应用受限。通过假设模态建立组合结构的近似动力学模型,利用近似模型求得系统的固有频率和相应的特征向量,据此可以有效地获得系统的全局模态。本文以跨中带有多个弹性支撑的简支梁为例,通过假设模态加权来提取系统的全局模态,从而建立系统的动力学模型。对系统进行固有特性分析的结果表明,通过假设模态加权可以方便地获得系统的全局模态;对系统动态响应分析的结果表明,采用本文提出的全局模态建立的非线性动力学模型可以有效地反映系统的非线性动力学特性。

     

六面体柔性桁架多体结构的模态测试实验研究

采用半正弦冲击波形，通过内力激振的方法对六面体空间柔性格架结构进行了模态实验研究，得到了系统的前四阶固有频率和模态振型。比较实验结果与理论计算结果，二者能够很好的吻合，验证了理论计算方法的正确性。实验结果表明采用内力激振的方法能够有效的激起结构的固有频率，所得的振动参数可为下一步空间柔性格架振动主动控制提供直接依据。     

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．     

弹性——粘弹性复合结构模态理论

本文研究弹性-粘弹性复合结构动力学基本问题.复合结构动力学方程是一组微分积分方程,引入增广状态变量.将其变换为常规的状态方程.研究了状态方程特征解的性质.提出了"振荡模态"和"蠕变模态"慨念.给出了脉冲响应矩阵和传递函数矩阵,讨论了它们的特性.复合结构模态理论为其动特性和动响应分析提供理论依据.     

弹性一粘弹性复合结构模态理论

本文研究弹性一粘弹性复合结构动力学基本问题复合结构动力学方程是一组微分积分方程，引入增广状态变量，将其变换为常规的状态方程，研究了状态方程特征解的性质，提出了“振荡模态”和“蠕变模态”概念给出了脉冲响应矩阵和传递函数矩阵，讨论了它们的特性，复合结构模态理论为其动特性和动响应分析提供理论依据。     

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。     

运动柔性梁非线性振动主动控制的建模与分析

采用运动参考系方法,根据Ｊｏｕｒｄａｉｎ动力学普遍方程,导出了具有给定空间运动的弹性结构的有限元方程,进而得到其闭环振动控制方程,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作为执行器的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。     

柔性结构模糊主动振动控制实验研究

在仿真工作的基础上,运用基于PD的模糊控制策略对柔性结构振动进行了主动控制的实验研究,实验表明,基于PD的模糊控制策略对瞬态及正弦激励的振动响应均有明显的抑制效果,该方法对难以建模的大型空间柔性结构的主动振动控制具有重要的意义。     

六面体单元柔性桁架结构模型与逆模型的辨识

介绍了用自适应LMS滤波器离线辨识六面体单元柔性结构模型和逆模型的方法。文中论述了自适应滤波理论和自适应逆控制之间的关系，讨论了LMS算法，并以实验法测得的六面体单元柔性结构随机振动数据为基础对其模型和逆模型进行了辨识，为进一步开展该结构的自适应逆控制研究奠定了基础。     

多柔体系统碰撞动力学研究综述

多柔体系统碰撞动力学研究具有重要的研究价值和工程实际意义,本文针对多柔体系统碰撞动力学研究中的几个基本问题进行了全面的分析和评述,其中包括多柔体系统动力学方程的描述、碰撞模型的建立、铰接间隙引起的碰撞问题、数值算法、实验研究、控制等几个方面,并根据目前的发展现状和研究中存在的问题,指出了今后多柔体系统动力学碰撞研究中的发展方向      

大型柔性航天器动力学与振动控制研究进展

随着航天重大工程的逐步实施,航天器正朝着超高速、超大尺度、多功能的方向发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣.航天器发射过程中的振动及其主/被动控制、在轨运行中大型柔性航天器动力学建模与动态响应分析、结构振动与飞行器姿态的混合控制等问题越来越复杂且难于处理;航天器结构的大型化和柔性化(如大阵面天线和太阳翼等)也对其地面试验和半实物仿真提出了挑战.本文着重介绍大型柔性航天器涉及到的动力学与振动控制问题,包括航天器发射过程中的整星隔振,大型柔性结构动力学建模与振动响应分析,大型柔性航天器的结构振动与姿轨控耦合动力学及其混合控制等.提炼出航天动力学与控制领域中亟待解决的若干基础科学问题,包括:多刚柔体系统动力学建模与模型降阶(涉及大变形柔性体动力学建模、多求解器合作仿真、模型降阶、组合结构动力学建模的解析方法等);复杂结构状态空间模型构建方法与能控性(涉及状态空间模型构建的理论与实验方法、复杂结构振动控制系统的能观性与能控性等);航天器姿态运动与大型柔性结构振动的混合控制律设计(涉及姿态机动与结构振动的鲁棒混合控制、执行机构与压电控制器的协同控制等).      

高维非线性系统的全局分岔和混沌动力学研究

综述了Melnikov方法的发展历史, 从1963年苏联学者Melnikov提出该方法开始, 一直到目前广义Melnikov方法的提出和发展. Melnikov方法的发展历程可以概括为3 个阶段, 分别综述了每一个阶段Melnikov方法的扩展和应用, 论述了国内外在该方向的研究现状和所获得的主要结果, 指出了各种Melnikov方法之间的联系、存在的问题和不足. 为了对比两种研究高维非线性系统多脉冲混沌动力学的理论, 本文综述了另外一种全局摄动理论, 即能量相位法, 总结了该方法十几年来的发展历史以及国内外的理论研究成果和工程应用实例, 阐述了能量相位法发展的根源以及与Melnikov方法的内在联系, 比较了能量相位法和广义Melnikov方法两种理论研究对象的差别, 以及各自所存在的不足和问题. 简要论述了能量相位法和广义Melnikov方法的理论体系, 并利用广义Melnikov方法分析了四边简支矩形薄板的多脉冲混沌动力学, 数值模拟进一步验证了理论研究的结果. 最后, 详细综述了两种理论的缺点和不足, 说明今后全局摄动理论的发展方向.     

MODEL REDUCTION AND ACTIVE CONTROL FOR A FLEXIBLE PLATE

The internal balance technique is effective for model reduction in flexible structures, especially those with dense frequencies. However, due to the difficulty in extracting the internal balance modal coordinates from the physical sensor readings, research so far on this topic has been mostly theoretic and little on experiment or engineering applications. This paper, by working on a DSP TMS320F2812-based experiment system with a flexible plate and bringing forward an approximating approach to accessing the ...     

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。     

UNCONSTRAINED MODAL ANALYSIS OF DYNAMIC MODEL OF FLEXIBLE SPACECRAFT$^{\bf 1)}$

挠性航天器动力学建模中的挠性耦合影响系数是动力学建模中的重要力学概念,它反映了航天器姿态和轨道运动与挠性附件的弹性振动效应. 挠性耦合影响系数间的恒等式关系,即惯性完备性准则,是挠性航天器动力学模型降阶和模态截断的重要依据. 以中心刚体带挠性附件航天器为研究对象,采用约束模态和非约束模态法描述挠性附件结构变形,利用欧拉-拉格朗日方程建立挠性航天器的动力学模型. 基于 Hughes 的研究成果,对挠性航天器的非约束模态恒等式及其用于动力学模型降阶的惯性完备性准则进行了证明和应用研究. 探讨了两种动力学模型惯量间的关系,并利用约束模态惯性完备性准则,推导了非约束模态惯性完备性准则. 最后,对中心刚体带双侧太阳帆板和带单侧太阳帆板构成的挠性航天器模型进行数值仿真计算,求出挠性附件非约束模态平动耦合系数,分析了非约束模态特征值和平动耦合系数随着刚柔质量比的变化情况,并尝试用非约束模态惯性完备性准则的质量特征恒等式对挠性航天器模型进行了检验.     

柔性机械臂动力学方程单向递推组集方法

本文基于Jourdain变分原理提出一种柔性机械臂动力学方程的单向递推组集方法。用规则标号法描述系统中物体和铰的邻接关系;用铰相对坐标和模态坐标分别描述物体的大位移运动和弹性变形。文末以三连杆机器人操作手为例说明本文建模的过程。     

大挠性航天桁架结构动力学及其主动控制研究进展

针对大挠性桁架结构在航天领域的工程应用背景, 对大挠性航天桁架结构进 行系统分类, 综述了几种常见的大挠性桁架结构(桁架式空间站/空间承载结构、网状反射天 线的支撑结构、环形张紧桁架可展开天线、变几何桁架结构)的研究进展、结构动力学建模 进展、主动杆建模进展以及主动控制理论和实验研究进展, 并结合大挠性航天桁架动力学和 主动控制的现状, 对这一领域的研究进行展望.     

重频模态可控可观性的度量与主模态概念

本文研究重频模态的可控性和可观性的定量度虽以及不变子空间的可控性结构和可观性结构问题，提出了一种利用奇异值来度量重频模态可控性和可观性的方法，同时提出了如何获得一组新的重频模态向量，使得在这组模态坐标下，子空间的可控性结构或可观性结构有更加明了的表达．