时滞非线性动力吸振器的减振机理

对一个带有时滞非线性动力吸振器的两自由度结构,采用多尺度法研究了时滞非线性动力吸振器对主系统的减振性能,得到了主系统的振幅-时滞响应曲线.研究结果表明,对时滞非线性动力吸振器,可以通过调节反馈增益系数和时滞控制主系统的振动. 研究还发现,对确定的反馈增益系数,可以存在时滞的一些调节区域,时滞非线性动力吸振器可以减小主系统的振动. 并且在时滞的这些可调区域里,存在一个``最大减振点'对应这一反馈增益系数下主系统振幅的最小值.对不同的反馈增益系数,``最大减振点'对应的主系统的振幅也不同.因此能够找到一组反馈增益系数和时滞量的最佳值,最大程度地减小主系统的振动.研究结果表明,当反馈增益系数和时滞量调到最佳值时,主系统的振动较无时滞非线性动力吸振器可以减少90{\%}左右, 数值模拟也证实了解析结果的正确性.      

时滞反馈控制在自参数动力吸振器中的作用

采用时滞状态反馈来控制自参数动力吸振器减振系统中主系统的振动.系统在简谐激励作用下,采用多尺度方法得到了主共振和1∶2内共振同时发生时系统运动方程的解析解.主要分析了反馈增益系数和时滞对自参数振动系统减振的作用.结果表明,对某一反馈增益系数,存在时滞的某段减振区间,当时滞在该区间调节时,可以减小自参数振动系统中主系统的振动.并且在时滞的减振区间里,存在一个"最大减振点",可以在该反馈增益系数下最大程度的减小主系统的振动.分析还表明,当反馈增益系数和时滞调节到最优值时,主系统的振动最多可以比自参数动力吸振器减振系统减小90%左右.     

智能梁结构鲁棒PID控制及其时滞稳定性分析

研究了智能梁结构振动的鲁棒PID控制器的设计问题,考虑结构模态阻尼比及模态频率的不确定性,同时结合PID控制、保成本控制和H∞控制的优点,提出了一种鲁棒PID控制的设计方法,将PID控制器的参数整定问题转化为线性矩阵不等式凸优化问题的求解.考虑到实际系统中存在的时滞因素,对设计出的鲁棒PID控制系统进行了时滞稳定性分析,得出了使系统稳定的最大时滞量.最后,给出的数值算例说明了文中方法的可行性和有效性.     

时滞对柔性悬臂梁饱和控制的影响

时滞现象广泛地存在于结构振动的反馈控制过程中.考察在以前的研究中所忽略的时滞,对于柔性悬臂梁振动的饱和控制究竟可以产生什么影响.考虑了在反馈信号和控制信号中存在的时滞,研究了主共振和2∶1内共振同时发生的情形,利用多尺度方法求解了时滞微分方程,获得了包含时滞项的近似解析解,了解到时滞对于饱和控制的影响.理论和数值的结果均表明:时滞能够改变饱和控制器开始工作的门限值,如果考虑时滞现象,饱和控制器的有效频率范围将会改变.在某些情况下,可以通过加入时滞并适当地调节时滞参数的大小,来扩大饱和控制器的有效工作范围;在另外一些情况下,则要对所忽略的时滞量的大小有所估计并加以考虑,否则原来的控制策略就有可能失效.     

考虑主动时滞的汽车悬架系统控制特性研究

以汽车悬架系统为研究对象,采用理论和试验相结合的方法对考虑主动时滞的悬架系统控制特性进行分析。首先建立含时滞悬架系统动力学模型,分析系统的控制稳定性。理论和仿真结果均表明,采用传统二次型最优控制律不能保证含时滞系统的稳定性。系统时滞量存在稳定区间,时滞超出稳定区间时系统将失稳发散;为了保证控制系统的稳定性,采用状态变换法设计了含时滞系统的主动控制律,计算表明,该控制律可以保证系统稳定性。研究还发现,时滞量的变化会使系统振动幅值产生较大改变,为此在控制系统中引入主动时滞,研究主动时滞对系统振动特性的影响,计算表明,合理的主动时滞可以降低系统振动幅值;为验证结果的正确性,搭建了悬架时滞主动控制试验平台,通过对相同工况下仿真结果与试验结果进行对比,发现两者具有较好的一致性;而由于悬架受到的路面激励具有随机性,采用含时滞系统的主动控制律对路面随机激励下的悬架系统进行控制分析,发现当主动时滞为0.04 s时,车身加速度均方根值比无主动时滞降低了39.4%,说明主动时滞对悬架控制的有效性。本文研究对时滞主动控制的理论研究具有重要的促进作用。     

时滞对于参数激励系统周期运动的影响

本文以结构物承受周期激励地震波和具有时滞的弹性地基为背景，研究时滞对于结构物振动响应的影响规律。问胚的数学模型是一个非线性参数激励时滞系统，采用中心流形和平均法得到Hopf分岔方程，研究结果表明时滞量对结构物的地震响应有重要影响，它可使响应振幅增大，意味着结构物遭破坏的危险性增大，同时，结果也表明可以通过阻尼控制器克服时滞引起的危险性。最后，对于不同的时滞量，比较理论分析与数值模拟结果基本吻合，说明了本文结果的可靠性。     

一类平面自治非线性时滞控制系统的多稳态和混沌

众所周知,平面自治系统即使具有光滑非线性存在,系统也不会出现复杂的动力学行为。本文研究这样的系统存在时滞时,时滞量对系统的动力学行为的影响。通过对一个平面自治非线性系统引入时滞反馈,得到数学模型。利用泛函分析和平均法建立系统平衡态随时滞量变化的失稳机理,研究表明：时滞量平面自治系统动力学行为的影响是本质的．时滞量不但可以使系统出现Hopf分岔,产生周期振动。而且还可以使系统出现多稳态的周期运动或周期吸引子,这些共存的吸引子相碰是导致系统复杂的动力学行为,包括概周期和混沌运动。     

时滞对结构振动半主动控制效果的影响

应用磁流变阻尼器对结构振动进行控制，采用最优控制原理设计了控制器，给出在地震激励下结构半主动控制的仿真计算。研究了时滞对结构振动半主动控制效果的影响。数值结果表明：本文设计的半主动控制策略可有效地减小结构的振动响应，时滞对磁流变半主动控制效果随着时滞的增大而变差，但时滞不会导致该反馈控制系统的失稳。     

时变参数时滞减振控制研究

时滞动力吸振器对谐波激励有着良好的减振控制效果,但对随机激励的减振控制效果却并不明显,具体表现为时滞动力吸振器对随机激励的减振控制效果与被动吸振器几乎相同。针对上述问题,本文提出了一种新的时变参数时滞减振控制方法。在原有时滞减振控制方法的基础上,首先将时滞增益系数由定值形式变为时间函数形式,然后通过时变优化得到多组时滞控制参数并使其以一定时间周期循环作用于减振控制过程,通过这种方法进一步改善了时滞动力吸振器减振性能。本文最后以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的振动响应为仿真对象,运用精细积分法求解了具有时变时滞参数的时滞动力学方程,以此得到了在谐波激励和随机激励作用下主系统振动的时域仿真结果。研究结果表明,在时变参数时滞动力吸振器的控制下,主系统无论是受谐波激励作用还是受随机激励作用,其振动位移、振动速度和振动加速度均比在定值参数时滞动力吸振器控制下时有大幅的减少,时滞动力吸振器的减振性能有了明显的改善。      

含时滞的LQ控制车辆悬架的研究

研究时滞对具有LQ最优控制的1／4汽车线性悬架模型的动特性影响。首先采用了广义的Sturm序列判断准则给出了不同控制增益下单自由度车模型全时滞稳定区,以及在给定时滞情况下绘出了控制增益稳定区;其次,给出了两自由度车模型的全时滞稳定区以及系统在给定的增益下临界时滞的值。此外,讨论了全状态反馈下的稳定性以及稳定性切换问题;最后研究了时滞对系统动力学行为的影响。     

Experimental study of delayed positive feedback control for a flexible beam

Recently, some researches indicate that positive feedback can benefit the control if appropriate time delay is intentionally introduced into control system. However, most work is theoretical one but few are experimental. This paper presents theoretical and experimental studies of delayed positive feedback control technique using a flexible beam as research object. The positive feedback weighting coefficient is designed by using the optimal control method. The available time delay is determined by analyzing the maximal real part of characteristic roots of the system. A DSP-based experiment system is introduced. Simulation and experimental results indicate that the delayed positive feedback control may effectively reduce the beam vibration if time delay is appropriately selected.     

Active control for a flexible beam with nonlinear hysteresis and time delay

A new active control method is presented to attenuate vibrations of a flexible beam with nonlinear hysteresis and time delay. The nonlinear and hysteretic behavior of the system is illustrated by the Bouc—Wen model. By specific transformation and augmentation of state parameters, we can convert the motion equation of the system with explicit time delay to the standard state space representation without any explicit time delay. Then the instantaneous optimal control method and Runge—Kutta method in fourth-order are applied to the controller design with time delay. Finally, in order to verify the effectivity of the time-delay controller proposed, numerical simulations are implemented. It is indicated by the simulation results that the control performance will deteriorate if neglect the time delay in process of the controller design and proposed time delay controller works well with both small and large time delay problems.     

Global qualitative analysis of new Monod type chemostat model with delayed growth response and pulsed input in polluted environment

In this paper, we consider a new Monod type chemostat model with time delay and impulsive input concentration of the nutrient in a polluted environment. Using the discrete dynamical system determined by the stroboscopic map, we obtain a ＂microorganism-extinction＂ periodic solution. Further, we establish the sufficient conditions for the global attractivity of the microorganism-extinction periodic solution. Using new computational techniques for impulsive and delayed differential equation, we prove that the system is permanent under appropriate conditions. Our results show that time delay is ＂profitless＂.     

Vibration control for parametrically excited Liénard systems

We apply a new vibration control method for time delay non-linear oscillators to the principal resonance of a parametrically excited Liénard system under state feedback control with a time delay. Using the asymptotic perturbation method, we obtain two slow flow equations on the amplitude and phase. Their fixed points correspond to limit cycles for the Liénard system. Vibration control and high-amplitude response suppression can be performed with appropriate time delay and feedback gains. Using energy considerations, we investigate existence and characteristics of limit cycles of the slow flow equations. A limit cycle corresponds to a two-period quasi-periodic modulated motion for the starting system and in order to reduce the amplitude peak of the parametric resonance and to exclude the existence of two-period quasi-periodic motion, we find the appropriate choices for the feedback gains and the time delay.     

时滞耦合系统非线性动力学的研究进展

随着对自然界客观规律的深入认识,工程系统设计的精细化和复杂性要求也与日剧增.在许多耦合的动态系统设计过程中要考虑由耦合过程的时滞所引发的动力学行为,该时滞来自于与传感系统、作动系统和控制系统耦合的过程.耦合时滞也广泛存在于交通、系统生物学、电子通讯、神经和信息网络等技术中.本文首先从耦合时滞出发,在以时滞为中心的耦合系统复杂动力学机制、时滞镇定耦合系统的实验基础和实现、快慢变时滞耦合系统动力学和时滞神经网络同步和去同步4个方面,对耦合时滞诱发的动力学研究进展进行综述.着重介绍了时滞耦合系统中耦合时滞诱发的高余维分岔奇异性及新的定量分析方法、中立型时滞微分方程的规范型计算、具有耦合时滞的非线性系统中耦合时滞和非线性参数的辨识方法与实验实现、快慢变时滞耦合系统的张弛振荡、耦合时滞诱发的网络系统的同步模式切换等问题的研究进展;然后在应用方面重点介绍了车床磨削加工过程中耦合时滞诱发的颤振及其机理、具有惯性项和耦合时滞的神经网络系统中耦合时滞诱发的高余维分岔和复杂动力学、时滞动力吸振器与隔振装置的设计与实验实现.最后,从耦合时滞系统的一般性理论和工程应用两个方面展望了近期值得关注的一些问题.     

基于压电纤维复合材料的旋转叶片主动控制

旋转叶片结构的振动失效占据了航空发动机整机故障的相当比重.发展针对旋转叶片结构的减振技术对于减轻叶片重量,提升叶片性能,延长叶片寿命具有重要意义.通过引入压电纤维复合材料(macro fiber composite,MFC)传感器和作动器,研究预变形旋转叶片2:1内共振的主动控制.建立考虑时滞效应的旋转叶片比例微分闭环...     

Design and analysis of a first order time-delayed chaotic system

The present paper reports the design and analysis of a new time-delayed chaotic system and its electronic circuit implementation. The system is described by a first-order nonlinear retarded type delay differential equation with a closed form mathematical function describing the nonlinearity. We carry out stability and bifurcation analysis to show that with the suitable delay and system parameters the system shows sustained oscillation through supercritical Hopf bifurcation. It is shown through numerical simulations that the system depicts bifurcation and chaos for a certain range of the system parameters. The complexity and predictability of the system are characterized by Lyapunov exponents and Kaplan?CYork dimension. It is shown that, for some suitably chosen system parameters, the system shows hyperchaos even for a small or moderate delay. Finally, we set up an experiment to implement the proposed system in electronic circuit using off-the-shelf circuit elements, and it is shown that the behavior of the time delay chaotic electronic circuit agrees well with our analytical and numerical results.     

Dynamics of a novel nonlinear SIR model with double epidemic hypothesis and impulsive effects

In this paper, the propagation of a nonlinear delay SIR epidemic using the double epidemic hypothesis is modeled. In the model, a system of impulsive functional differential equations is studied and the sufficient conditions for the global attractivity of the semi-trivial periodic solution are drawn. By use of new computational techniques for impulsive differential equations with delay, we prove that the system is permanent under appropriate conditions. The results show that time delay, pulse vaccination, and nonlinear incidence have significant effects on the dynamics behaviors of the model. The conditions for the control of the infection caused by viruses A and B are given.     

柔性板的时滞H∞控制的理论与实验研究

以柔性板为对象, 开展时滞H∞控制的理论与实验研究. 首先给出柔性板的时滞动力学方程; 然后利用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法, 推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式;进而根据该矩阵不等式采用参数调节法及遗传算法, 研究了如下两类控制设计问题: 已知控制律求解最大稳定时滞量, 已知最大稳定时滞量求解H∞控制律; 最后对理论研究成果进行了数值仿真和实验验证. 结果显示, 获得的H∞控制律能够有效地抑制板的弹性振动, 所确定出的保证系统稳定性的时滞区间更接近实际情况.