存在时滞的柔性梁的振动主动控制

本文对控制存在时滞的柔性梁的振动主动控制进行研究.主动控制策略采用独立模态空间控制,模态控制律采用离散变结构控制进行设计.给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法,以及离散切换面和离散变结构模态控制律的确定方法.由于模态控制律直接通过时滞微分方程而得出,因此所给控制方法易于保证控制系统的稳定性.算例结果显示,文中所述控制方法能够有效地对梁的振动进行控制;若按无时滞时的控制设计对时滞系统进行控制,系统响应有可能出现发散.     

旋转运动柔性梁的时滞主动控制实验研究

对旋转运动柔性梁的时滞主动控制进行实验研究,验证时滞反馈控制的有效性. 实验中采用交流伺服电机带动柔性梁旋转运动,柔性梁上粘贴有压电作动器,用于控制梁的弹性振动. 实验研究考虑如下3种情况:(1)仅使用电机扭矩进行控制,电机扭矩存在时滞;(2)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,仅压电作动器存在时滞;(3)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,电机和压电作动器存在不同的时滞量. 重点通过实验验证时滞反馈控制的可行性和有效性.      

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 ...     

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.     

压电自感知悬臂梁振动的主动控制研究

利用压电片的正逆压电效应,提出了一种基于分时结构的自感知作动器,将压电片作为传感器和作动器的功能在时间上进行分离,以实现用同一压电片在作动与传感之间的功能切换,并探讨了其用于主动控制的可行性.对一悬臂梁的振动主动控制研究表明该自感知作动器在实际上是可行的.     

根部柔性梁的不确定性建模与确认

首先导出了包含根部挠性参数的悬臂梁动力学方程近似解,将平动和转动柔性参数作为不确定性源,根据若干预紧力矩下的模态实验结果完成了柔性参数识别,并假定其服从正态随机分布,识别了均值与标准差,进而通过回归分析建立了不确定参数随预紧力矩变化的数学模型.最后通过新的模态实验结果对所建模型进行了确认,通过确认结果,明确了该模型的使用范围.     

主动控制压电旋转悬臂梁的参数振动稳定性分析

在工程实际中旋转机械由于制造和加工误差,装配的不均匀性等原因,往往会脉动运行,这将使得机械系统发生参数振动. 当脉动参数满足一定关系时,这种参数振动将会失稳,进而影响机械结构的正常运转. 本文针对这一问题,引入压电材料对 脉动旋转悬臂梁系统的振动进行控制,研究主动控制悬臂梁系统的参数振动优化设计问题,采用 Hamilton 变分原理与一阶 Galerkin 离散相结合的方法,建立了受速度反馈传感器主动控制的压电旋转悬臂梁的一阶近似线性控制方程. 运用多尺度方法,得到了压电旋转悬臂梁系统在发生1/2亚谐波参数共振时稳定性边界的控制方程,并利用直接分析方法验证了解析摄动解的正确性. 将摄动解中临界阻尼比和轮毂角速度脉动幅值的无量纲参数作为评价系统稳定性能的指标. 通过数值算例,分析了轮毂半径、轮毂角速度平均值和脉动幅值、梁长以及速度传感器的反馈增益系数对系统稳定性区域的影响. 研究结果表明,梁长、轮毂半径、脉动幅值会降低系统稳定性,反馈增益系数可以提高系统稳定性,而轮毂角速度平均值与系统稳定性之间有非单调的关系. 为进一步设计压电旋转机械结构提供了理论依据.      

采用半主动斜拉索控制柔性梁的横向振动

提出采用磁流变阻尼器构成的半主动斜拉索实现柔性梁横向振动的半主动控制,讨论了其可行性、具体控制方案和控制算法.同时给出了在五种不同情况下的控制仿真结果,表明采用磁流变阻尼器实现结构半主动控制能避免"模态截断"而引起的"溢出"问题,具有能耗小、鲁棒性强的特点.     

柔性梁受迫振动时滞变结构控制的试验研究

时滞反馈控制是一种利用时滞进行系统控制的策略,目前对该控制策略的研究多是在理论上进行探讨,少有试验研究报道. 以受简谐激励的柔性悬臂梁为对象,开展时滞反馈控制的试验研究,给出了一个多时滞控制律的设计方法. 首先给出悬臂梁系统含有时滞项的控制模态状态方程; 然后对方程进行离散化和一种特殊的状态变量增广,得到形式上不含有时滞项的标准差分方程; 最后使用离散变结构控制的方法设计控制律. 试验中采用压电片作为作动器和外界激励,应变片作为传感器,分别考虑单时滞和双时滞的情况,通过试验验证了时滞反馈控制的可行性和有效性.关键词:柔性悬臂梁;变结构控制;时滞;实验      

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.     

SOLUTION OF MULTIPLE CRACKS IN A FINITE PLATE OF AN ELASTIC ISOTROPIC MATERIAL WITH THE DISTRIBUTED DISLOCATION METHOD

This paper presents a numerical solution to model multiple cracks in a finite plate of an elastic isotropic material. Both the boundaries and the cracks are modeled by distributed dislocations. This method results in a system of singular integral equations with Cauchy kernels which can be solved by Gauss-Chebyshev quadrature method. Four examples are provided to assess the capability of this method.     

APPROXIMATE SOLUTIONS FOR TRANSIENT RESPONSE OF CONSTRAINED DAMPING LAMINATED CANTILEVER PLATE

The series composed by beam mode function is used to approximate the displacement function of constrained damping of laminated cantilever plates, and the transverse deformation of the plate on which a concentrated force is acted is calculated using the principle of virtual work.By solving Lagrange＇s equation, the frequencies and model loss factors of free vibration of the plate are obtained, then the transient response of constrained damping of laminated cantilever plate is obtained, when the concentrated force is withdrawn suddenly.The theoretical calculations are compared with the experimental data, the results show：both the frequencies and the response time of theoretical calculation and its variational law with the parameters of the damping layer are identical with experimental results.Also, the response time of steel cantilever plate, unconstrained damping cantilever plate and constrained damping cantilever plate are brought into comparison, which shows that the constrained damping structure can effectively suppress the vibration.     

柔性头部模型与大挠度板接触撞击力的预报方法

针对被撞击板是大挠度的特点,提出了模拟函数预报撞击力的方法,根据撞击系统的动量守恒原理推导出了撞击力的预报方程,用恢复系数考虑头皮对撞击缓冲的影响.得到了头部与发动机罩板大变形、非线性、瞬态撞击过程的响应函数.分析结果与鸿巢敦宏、石川博敏的试验数据进行了对比,结果显示有较好的一致性,表明该方法能够较好地描述柔性球体模型与大挠度板接触撞击的响应过程.同时还利用该预报方程分析了各种因素对接触撞击力的影响.     

上覆单相弹性层的饱和地基上弹性圆板轴对称竖向振动分析

基于弹性层和饱和土半空间轴对称弹性波动方程,运用Hankel积分变换方法,得到它们在变换空间内的解.进而由层间完全接触条件及圆板底面的混合边值条件,构造一组描述上覆单相弹性层的饱和地基上弹性圆板轴对称竖向振动的对偶积分方程.将该对偶积分方程化为易于数值计算的第二类Fredholm积分方程,求得地基表面动力柔度系数随无量纲频率的变化曲线及弹性圆板的相对位移幅值.     

基于加速度信号的柔性板的挠性参数辨识简

以柔性板为对象,开展了结构挠性参数辨识技术的研究. 给出了一种基于加速度信号输出的特征系统实现算法的计算格式,基于粒子群优化算法给出了加速度传感器在柔性板上的优化位置. 仿真结果显示,粒子群方法能够有效地确定出传感器在板上的优化位置,特征系统实现算法能够有效地辨识出结构的挠性参数.     

DYNAMICS MODELING,SIMULATION, AND CONTROL OF ROBOTS WITH FLEXIBLE JOINTS AND FLEXIBLE LINKS$^{\bf 1)}$

本文探究了铰柔性对机器人动力学响应和动力学控制的影响. 首先, 建立由$n$个柔性铰和$n$个柔性杆组成的空间机器人模型, 运用递推拉格朗日动力学方法, 得到柔性机器人系统的刚柔耦合动力学方程. 在动力学建模过程中, 除了考虑杆件的拉伸变形、弯曲变形、扭转变形以及非线性耦合变形对机器人系统动力学行为的影响, 还考虑了铰的柔性对机器人动力学响应和控制的影响. 其中, 柔性铰模型是基于Spong的柔性关节简化模型, 将柔性铰看成线性扭转弹簧, 不仅考虑了铰阻尼的存在, 还考虑了柔性铰的质量效应. 其次, 编写了空间柔性铰柔性杆机器人仿真程序, 研究铰的刚度系数和阻尼系数对系统动力学响应的影响. 研究表明: 随着柔性铰刚度系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动频率变大. 随着柔性铰阻尼系数的增大, 柔性机器人的动态响应幅值减小, 振动幅值的衰减速度变快. 可通过调节柔性铰的刚度和阻尼来减小柔性铰柔性杆机器人的振动, 因此铰阻尼的研究具有重要工程意义. 最后, 研究了铰柔性在机器人系统动力学控制中的影响. 在刚性铰机械臂和柔性铰机械臂完成相同圆周运动时, 通过逆动力学方法求解得到两种情况下的关节驱动力矩. 研究表明: 引入柔性铰会使控制所需的驱动力矩变小, 对机器人控制的影响显著.     

万有引力场中带挠性板非轴对称航天器的姿态稳定性

本文讨论由非轴对称主刚体和矩形挠性板组成的航天器在万有引力场中的姿态运动。利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对动力学方程离散化，并利用Ｋｅｌｖｉｎ－Ｔａｉｔ－Ｃｈｅｔａｙｅｖ定理判断航天器在轨道坐标系内相对平衡的稳定性。导出适用于任意阶模态的解析形式稳定性充分条件。     

DYNAMICS AND CONTROL OF RIGID-FLEXIBLE COUPLING FLEXIBLE SPACECRAFT WITH JOINT CLEARANCE1)

大型柔性航天器展开锁定后,运动副中仍存在大量无法消除的间隙. 铰链间隙直接影响柔性航天器的姿态 运动和有效载荷的指向精度及稳定度,会对航天器的动力学特性造成较大的影响. 针对这一问题, 提出一种含间隙铰 接的航天器刚柔耦合动力学建模与控制方法. 首先建立含间隙的铰链精确动力学模型,从而构建含间隙铰接的柔性结构 动力学模型. 然后利用哈密顿原理和模态离散方法,建立含间隙铰接柔性航天器离散形式的刚柔耦合非线性动力学 模型,采用 Newmark 算法对非线性动力学方程进行求解. 基于压电纤维复合材料 (macro fiber composite, MFC) 驱动器 构建航天器的刚-柔-电耦合动力学方程,采用最优控制设计控制律. 分析了铰链参数、中心刚体转动惯量、间隙尺寸和间隙数目对航天器动力学特性的影响,着重研究了铰链间隙对航天器姿态运动和结构振动的影响作用. 最后采用 MFC 驱动器对航天器施加主动控制. 结果表明,铰链参数和中心刚体转动惯量影响航天器的固有频率;随着铰链间隙尺寸的增大及间隙数目的增多,航天器的整体刚度逐渐减小,而航天器的姿态角和振动位移响应不断增大;通过基于 MFC 的主动控制,能够实现含间隙铰接航天器姿态运动与结构振动的协同控制,并缓解间隙对系统动态特性造成的影响.     

矩形智能板弯曲形状的主动控制

研究具有离散分布压电控制器的矩形智能板,在外加电场作用下的弯曲形状与压电元件外加控制电压之间的关系,建立了对智能矩形板的弯曲形状进行主动控制的方法,得到各离散分布压电元件控制电压的解析解,并给出了算例     

平动柔性矩形薄板的动力学特性与屈曲分析

应用Hamilton变分原理建立了平动状态下对边简支对边自由矩形薄板的非线性动力学方程,分别应用假设模态法和康特洛维奇法分析了板的前4阶近似振动频率、临界分岔值及板的前3阶后屈曲近似解,并比较了取不同阶数假设模态对分析结果的影响.分析表明整体平动可使柔性多体系统中的柔性构件产生动力刚化和动力软化效应,且软化效应还可使系统平衡位置发生分岔而失稳;在动力刚化和动力软化情况下,柔性构件模态出现的顺序均可能发生改变,此性质在柔性多体系统动力学简化建模特别是模态截断时应引起足够的重视.