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。     

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.     

结构的主动控制

本文概述了结构的主动控制技术在土木工程中的应用.重点总结和评述了近10多年来关于结构控制设计的若干方法.     

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。     

支架振动的主动控制研究

利用压电材料的机电耦合特性，采用数值分析和实验相结合的方法研究了压电材料对支架的振动控制。利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理，采用速度反馈，并考虑压电材料的机电耦合效应推导了振动主动控制有限元方程，分析了不同约束，不同压电片布置情况下支架的振动控制，实现了压电片的优化布置，同时用实验验证了数值分析的正确性。     

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.     

主动控制翼板抑制悬索桥颤振的研究

主动控制翼板是一种新型桥梁气动措施。本文基于非定常气动力理论，推演了安装主动控制翼板后作用在整个桥梁主梁单位长度上气动力表达式，从增加系统扭转阻尼的角度，研究了翼板主动扭转振动参数的选取。在此基础上，对某大跨悬索桥方案进行了二自由度颤振分析，结果表明：合理选取翼板的主动扭转振动参数，主动控制翼板能够有效地提高该桥的颤振稳定性。     

简单周期结构波传播主动控制研究

研究了在梁结构插入压电材料的周期结构波传播的一般规律。以梁的弯曲波传播方程的解析解为基础，进一步分析了简单周期结构的波传播的一些固有特性。并在此基础上，以压电材料作为作动器，采用主动控制方法研究了调整结构传播波的带通、带阻的频率范围可行性和有效性。     

大型索网天线机电耦合动力学建模与主动变形控制

索网天线因其折叠收纳比高、质量轻以及口径大等优点,成为众多空间任务的首选天线形式,但反射面精度较低限制了大型索网天线的在轨性能指标。在索网天线竖向张力索中加入压电陶瓷堆(PZT)作动器,通过主动控制提高反射面的形面精度。首先,将张紧的索网天线分为含有作动器的主动索单元和不含作动器的被动索单元,通过压电本构方程、几何方程和哈密顿原理推导出主动索单元的动力学模型,并与被动索单元一起组装得到索网天线的机电耦合动力学模型。然后,根据天线反射面的初始形面误差和所建立的天线机电耦合动力学模型,基于模型预测控制(MPC)方法计算出各作动器的控制输入电压曲线。最后,以一个10m口径的索网天线为算例,验证本文所建立的模型和控制方法的有效性。     

滑动摩擦主动控制的试验研究

以一种铁磁流体和添加剂为润滑介质,研究了ＧＣｒ１５钢销－盘摩擦副在边界润滑状态下受外加电场作用后磨擦系数的变化情况,并对试验结果和电场作用机理进行分析,结果表明,不同方向的直流电场导致摩擦系数的不同变化趋势,其最大变化率达３５％,且试验数据稳定,变化过程可逆,说明此铁磁流体具有独特的可通过外加电场对滑动磨擦系数进行主动控制功能。     

DYNAMIC MODELING AND ACTIVE CONTROL OF FLEXIBLE PLATE BASED ON THE INPUT-OUTPUT DATA

This paper studies the low-order dynamic modeling and active control of a flexible plate and provides experimental verification. First based on the input-output data of the system, the Markov parameters of the system are identified using the method of observer/Kalman filter identification (OKID). Then a low-order state-space model is built using the eigensystem realization algorithm (ERA). Finally, a linear quadratic Gaussian (LQG) controller is designed based on the low-order state-space model. Experimental results have proved the effectiveness and feasibility of the research.     

Identification and Damage Detection in Structures Subjected to Base Excitation

This paper presents an experimental study of different algorithms for the health monitoring of frame structures subjected to base excitation (e.g. earthquake ground motion). These algorithms use only the acceleration time histories of the input and of the response output and are tested for the identification of the dynamic characteristics of the structure (natural frequencies and damping ratios) and for detecting and quantifying any possible structural damage that occurs in the frame. Three algorithms were considered: (1) a frequency domain decomposition algorithm, (2) a time domain Eigensystem Realization Algorithm together with Observer Kalman Identification algorithm, and (3) a subsequent physical parameter identification algorithm (MLK). Through extensive experimental testing of a four-story steel frame model on a uniaxial shake table, the performance of the various methods as well as the inherent complications of physical instrumentation and testing are explored.     

考虑设计规范的海洋平台结构选型优化

针对具体海洋环境条件和生产要求,对导管架平台结构进行选型优化——拓扑布局与构件尺寸的联合优化,充分考虑设计规范的要求,建立多设计准则、多约束条件和多荷载工况的设计模型,其中环境荷载包括：风、浪、流、海冰从不同方向对平台的作用。通过结构选型优化获得最佳的结构拓扑布局形式,在降低平台造价的同时,设计出满足结构的稳定特性、安全寿命等多种设计准则的新型平台结构。     

导管架式海洋平台阻尼隔振及减振技术研究

分析和研究了导管架式海洋平台结构采用阻尼隔振技术的基本原理,建立了阻尼隔振体系简化计算模型,推导了两自由度简化模型,采用强行解耦方法计算结构第一振型阻尼比的计算公式,研究了隔振层参数与结构阻尼比的关系以及它们对结构整件和隔振层层间相对位转的控制效果,进行了在波浪力和地震工况下的数值模拟,结果表明,阻尼隔振方案是导管架式海洋平台的一种有效减振措施,当阻尼隔振层刚度较大时,可以有效控制平台结构的振动。     

海洋平台地震响应的H∞控制

提出了将H_∞控制及平衡降阶法应用于结构主动控制的新方法.该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后利用降阶模型构造出H_∞控制器和H_∞观测器对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径.本文最后以海洋平台地震响应的ATMD主动控制为例,验证了本文方法的有效性.     

冰区海洋平台的时变疲劳可靠性分析

冰区海洋平台在交变冰力作用下的管节点疲劳是影响平台安全的主要因素。本文结合现有的冰疲劳环境荷载及冰力谱函数,提出了相对于冰速、冰厚随机冰载的管节点应力幅显式近似计算公式;将海洋平台管节点的全寿命划分为裂纹萌生和扩展两个阶段,分别采用S-N曲线法和Paris公式来计算相应的寿命;并考虑了管节点抗力随时间的衰减,得到了时变疲劳可靠性计算公式;最后对渤海JZ20-2 MSW平台进行时变疲劳可靠性分析。结果表明,本文提出的疲劳应力幅近似计算方法和时变可靠性分析方法是合理有效的。     

海上平台结构疲劳与疲劳可靠性分析程序设计

本文介绍了作者开发的适用于固定式导管架海上平台结构系统疲劳与疲劳可靠性分析程序系统的设计原理、结构及功能特点。最后，以一固定式导管架平台作为算例验证了程序系统的可靠性与实用性。     

海洋平台的冰力谱与冰振响应分析

利用原型结构的直接冰力测量数据,建立了锥体结构的冰力谱模型.利用渤海辽东湾的JZ20-2MUQ平台对锥体冰力谱模型进行了验证.为了降低误差,在结构模型分析中,利用实测平台振动数据确定了平台的综合阻尼系数.利用谱分析方法计算了不同冰厚与冰速下的结构甲板振动响应,并与实测的结果进行了比较.结果表明,计算与实测的结构振动响应吻合的比较好,说明了建立的冰力谱模型具有实用性.