结构振动的非线性控制及其试验研究

本文分析了结构振动控制系统的特点，提出了一种结构振动的非线性离散控制方案，该方案仅利用受控结构的输出信号，实现容易，对结构参数变化具有一定的鲁棒性，本文还建立了一套具有浮点运算功能的结构振动计算机控制装置，并就某受控结进行了试验，试验表明，该非线性控制方案是可行的，理论结果与试验结果具有良好的一致性。     

转子振动的灰色Verhuslt预测优化控制研究

以灰色预测控制理论为基础，首次将非线性GM模型引入到转子振动主动控制中，并采用现代控制理论中的二次型优化原理，以控制力和响应加权最小为目标函数，设计了转子系统振动的灰色Verhuslt预测优化控制方案。将该方案应用于带电磁阻尼器转子轴承系统的转子振动控制中，仿真结果显示转子振动的灰色预测Verhuslt优化控制是有效的、可行的。     

非线性振动一种稳定的模糊控制方法研究

由于非线性振动系统的非线性本质,在于传统控制理论的线性控制器用于非线性振动控制效果不佳。本文针对非线性振动系统提出了一种模糊自适应滑模控制方案。     

斜拉桥横向振动的半主动筋腱控制

对桥梁等大型土建结构在外扰作用下的振动实施控制是目前的一个研究热点,也是提高结构安全性与耐久性的一条重要途径。本文提出采用磁流变阻尼器（Ｍａｇｎｅｔｏ－Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄａｍｐｅｒ,ＭＲＤ）与斜拉索构成的半主动筋腱（Ｓｅｍｉ－Ａｃｔｉｖｅ Ｔｅｎｄｏｎ）实现斜拉桥横向振动的半主动控制的原理,讨论了其可行性、具体控制方案和控制算法,给出了一对一双索斜拉桥模型在随机扰动作用下的振动控制仿真结果     

基于市场机制的TLCD半主动控制方案

基于市场机制控制是利用市场来模拟复杂的控制系统,用销售商和消费者来代替控制器和受控结构,从而将整个控制系统离散化,对结构的振动实施有效的控制。本文将基于市场机制的控制理论应用于TLCD半主动控制,提出了一种新的TLCD的半主动控制方案,即基于市场机制的TL CD半主动控制方案。首先建立TLCD-结构控制体系的运动方程,给出了半主动控制方案,用一个单自由度结构为例来阐述基于市场机制的TLCD半主动控制方案并对控制系统进行分析。然后用一个五层结构来验证这种方法的有效性。结果表明,基于市场机制的半主动TLCD开关控制不仅减振效果好,而且节约能量,简单易行,便于在实际工程中应用。     

可控挤压油膜轴承主动控制转子系统振动

本文提出了“可控挤压油膜轴承”,以主动控制转子系统的振动,设计了不同的可控挤压油膜油承方案,借稳态不平衡响应构成的二次目标函数,分析比较了它们的振动控制效果,根据这一研究,可初步得到如下结论:对于航空发动机,可控挤压油膜轴承极有希望成为一种更有效的振动控制方法。     

航天结构主、被动一体化振动控制技术的研究现状和进展

围绕航天结构振动的被动控制、主动控制、一体化控制和实验研究等几个方面对当前研究的现状和最新进展进行了介绍。将被动控制、主动控制结合,优点互补的体化振动控制技术是当前结构振动控制研究的一个重点。结合工程实际,开发新型振动控制材料及控制元件和装置,发展附加重量代价小、高效、能耗低和可靠性强的一体化振动控制技术,是将来的研究方向。     

内模控制及其在机构振动主动控制中的应用

振动主动控制通常采用最优控制,文中根据柔性机构的特点,采用内模控制策略。内模控制主要适合于具有周期性扰动信号的调节问题和具有周期性参考信号的跟踪问题,它的优点是对控对象参数具有鲁棒性,克服了最优控制需要精确掌握被控对象参数的缺点,文中首先介绍了内模控制的基本原理,然后给出了数值仿真结果,最后将算法应用柔性四连杆机构振动主动控制试验中,试验结果证明了方案的可行性。     

挠性自适应结构控制的分析与实验研究

采用自适应结构的原理和方法，对压电元件用于挠性结构振动的一些问题进行了探讨。对压电驱动器与匹配关系进行了理论分析，对模态传感／驱动器在挠性悬臂板结构中的布置方案进行了优化设计，并进行了结构的振动控制实践，从而验证了方法的有效性。     

挠性自适应结构振动控制的分析与实验研究

采用自适应结构的原理和方法,对压电元件用于挠性结构振动控制的一些问题进行了探讨。对压电驱动器与结构的匹配关系进行了理论分析,对模态传感/驱动器在挠性悬臂板结构中的布置方案进行了优化设计,并进行了结构的振动控制实验,从而验证了方法的有效性     

基于多体系统传递矩阵法的多管火箭定向器振动控制

应用多体系统传递矩阵法,建立了全新的多管火箭发射动力学控制模型,以二次型性能指标为成本函数, 设计了脉冲推力器为控制执行机构的振动主动控制律,并设计了多管火箭发射系统在燃气流冲击下定向器的振动主动控制系统,获得了最优脉冲控制力幅值和脉冲推力器工作次数. 应用设计的控制律数值仿真了某多管火箭定向器无控和受控状态下的振动响应,仿真结果表明该法可有效地降低定向器的振动.该方法易于工程实现,对控制多管火箭发射系统的振动、提高多管火箭射击的精度具有重要意义.      

用两种功能材料综合控制智能梁的振动

给出了用两种材料对梁进行振动控制的综合控制方法。采用多层分布压电层进行精密主动控制时,将压电传感层和压电致动层分割成若干单元来设计压电模态传感器和压电模态致动器,进而实现了梁的模态控制,同时利用形状记忆合金的超弹性特性对梁进行被动控制来抑制梁的大振幅振动,取得了很好的控制效果。     

反扰力振动控制理论及其在井塔消振中的应用

应用反扰力振动控制方法，通过施加一个与原扰力在相位上相反的控制力，来抵消原扰力对结构的影响。此法用于实际的矿井井塔建筑结构消振工程，取得了消振９０％以上的显著效果，从而证实了此法的正确性和有效性。此法在动力荷载扰力作用下的建筑结构振动控制工程中，具有重要的应用价值     

Axial control for nonlinear resonances of electrostatically actuated nanobeam with graphene sensor

The nonlinear resonance response of an electrostatically actuated nanobeam is studied over the near-half natural frequency with an axial capacitor controller. A graphene sensor deformed by the vibrations of the nanobeam is used to produce the voltage signal.The voltage of the vibration graphene sensor is used as a control signal input to a closedloop circuit to mitigate the nonlinear vibration of the nanobeam. An axial control force produced by the axial capacitor controller can transform the frequency-amplitude curves from nonlinear to linear. The necessary and sufficient conditions for guaranteeing the system stability and a saddle-node bifurcation are studied. The numerical simulations are conducted for uniform nanobeams. The nonlinear terms of the vibration system can be transformed into linear ones by applying the critical control voltage to the system. The nonlinear vibration phenomena can be avoided, and the vibration amplitude is mitigated evidently with the axial capacitor controller.     

一种含放大机构的负刚度动力吸振器的参数优化

在大多数情况下机械振动是有害的,它不仅产生噪声还会降低设备的工作精度和使用寿命.采用正刚度特性的吸振、隔振系统往往难以达到满意效果,这种情况在低频振动控制系统中尤其明显.放大机构与负刚度元件在振动控制领域均表现出良好性能,但是较少有对同时含有放大机构与负刚度装置的动力吸振系统的研究.以Voigt型动力吸振器为基础提出了一种将放大机构应用于含负刚度弹簧元件的动力吸振器模型,对该模型的最优参数进行了研究.首先建立了系统的运动微分方程并得到了其解析解,发现该系统存在两个固定点,利用固定点理论得到了动力吸振器的最优频率比.根据负刚度的特性,在保证系统稳定的前提下得到了最优负刚度比,并推导了系统的近似最优阻尼比.通过数值仿真验证了解析解的正确性.与多种动力吸振器在简谐激励与随机激励下进行了对比,说明了本文模型相比于已有的动力吸振器,能够大幅降低共振振幅、拓宽减振频带并且降低系统的谐振频率,为设计新型动力吸振器模型提供了理论依据.      

含分数阶Bingham模型的阻尼减振系统时滞半主动控制

针对基于磁流变液阻尼器的半主动控制系统中存在的时滞问题, 采用了一种将可控的时滞变量引入半主动控制切换条件的控制策略, 研究了考虑时滞的天棚阻尼控制切换条件对半主动阻尼减振系统的影响, 分析了含有分数阶Bingham模型的线性刚度系统在基础激励下的振动特性. 利用平均法得到了系统在含时滞半主动控制策略下主共振响应的近似解析解, 根据Lyapunov理论分析了系统的稳定性. 通过数值解验证了近似解析解的准确性, 二者具有较好的一致性. 利用近似解析解分析了固定激励频率下时滞对系统幅频响应特性的影响, 以及主共振峰值响应和共振频率随时滞变化的特性规律. 结果表明, 含时滞的半主动控制系统存在一个小时滞区间, 使得系统的振幅在主共振峰对应的频率附近低于不考虑时滞时系统的振幅, 且存在最优时滞使得系统的振幅大幅度降低; 而大时滞的引入会加剧系统的振动, 导致系统的颤振. 确定了基于分数阶Bingham模型的线性刚度系统在天棚阻尼半主动控制下的时滞选取原则, 为振动系统半主动阻尼控制中的时滞选取提供了参考.      

介电弹性作动器主动隔振模糊控制试验研究

采用模糊控制策略,开展介电弹性作动器的主动隔振性能试验研究。基于介电弹性材料的Maxwell应力模型建立了作动器的力电耦合模型,分析了作动器的非线性特性;针对隔振系统设计了Mamdani型模糊控制器,建立了控制电压信号与振动响应之间的关系;在此基础上,开展了介电弹性作动器主动隔振试验研究,并与加速度反馈控制进行了对比。试验结果表明,在相同驱动电压的情况下,基于模糊控制策略的主动隔振性能要优于加速度反馈控制,且能够显著降低由于非线性驱动力导致的倍频响应幅值,有助于提高隔振系统的稳定性。     

Arbitrary amplitude periodic solutions for parametrically excited systems with time delay

Periodic solutions for parametrically excited system under state feedback control with a time delay are investigated. Using the asymptotic perturbation method, two slow-flow equations for the amplitude and phase of the parametric resonance response are derived. Their fixed points correspond to limit cycles (phase-locked periodic solutions) for the starting system. In the system without control, periodic solutions (if any) exist only for fixed values of amplitude and phase and depend on the system parameters and excitation amplitude. In many cases, the amplitudes of periodic solutions do not correspond to the technical requirements. On the contrary, it is demonstrated that, if the vibration control terms are added, stable periodic solutions with arbitrarily chosen amplitude and phase can be accomplished. Therefore, an effective vibration control is possible if appropriate time delay and feedback gains are chosen.     

Parametric vibration stability and active control of nonlinear beams

The vibration stability and the active control of the parametrically excited nonlinear beam structures are studied by using the piezoelectric material. The velocity feedback control algorithm is used to obtain the active damping. The cubic nonlinear equation of motion with damping is established by employing Hamilton’s principle. The multiple-scale method is used to solve the equation of motion, and the stable region is obtained. The effects of the control gain and the amplitude of the external force on the stable region and the amplitude-frequency curve are analyzed numerically. From the numerical results, it is seen that, with the increase in the feedback control gain, the axial force, to which the structure can be subjected, is increased, and in a certain scope, the structural active damping ratio is also increased. With the increase in the control gain, the response amplitude decreases gradually, but the required control voltage exists a peak value.     

Vibration control of a transversely excited cantilever beam with tip mass

The problem of controlling the vibration of a transversely excited cantilever beam with tip mass is analyzed within the framework of the Euler–Bernoulli beam theory. A sinusoidally varying transverse excitation is applied at the left end of the cantilever beam, while a payload is attached to the free end of the beam. An active control of the transverse vibration based on cubic velocity is studied. Here, cubic velocity feedback law is proposed as a devise to suppress the vibration of the system subjected to primary and subharmonic resonance conditions. Method of multiple scales as one of the perturbation technique is used to reduce the second-order temporal equation into a set of two first-order differential equations that govern the time variation of the amplitude and phase of the response. Then the stability and bifurcation of the system is investigated. Frequency–response curves are obtained numerically for primary and subharmonic resonance conditions for different values of controller gain. The numerical results portrayed that a significant amount of vibration reduction can be obtained actively by using a suitable value of controller gain. The response obtained using method of multiple scales is compared with those obtained by numerically solving the temporal equation of motion and are found to be in good agreement. Numerical simulation for amplitude is also obtained by integrating the equation of motion in the frequency range between 1 and 3. The developed results can be extensively used to suppress the vibration of a transversely excited cantilever beam with tip mass or similar systems actively.