空间智能桁架的有限时间振动抑制控制

航天器结构设计需求趋于轻型化,大挠性空间桁架结构的应用日趋广泛,由于其具有低阻尼、大柔性等特性,在轨运行时容易产生大幅度的振荡,从而影响航天器的正常工作.为抑制传感器/作动器一体化的空间智能桁架结构的振动,基于独立模态空间理论并结合动态补偿线性化思想设计了基于终端滑模的有限时间控制方法.首先,基于有限元方法建立桁架动力学模型.然后,基于独立模态空间理论能够对各阶模态响应实现解耦的特点设计模态滤波器,利用扩张状态观测器对由外界环境干扰和模型摄动构成的系统总干扰进行实时估计,采用"动态补偿线性化"的思想将桁架动力学模型进行简化.最后,提出了一种结合双幂次趋近律与终端滑模面的有限时间控制器.仿真结果表明,相比于传统的齐次方法有限时间控制器,所提出的振动抑制控制器能够在较短时间内显著降低空间智能桁架结构在受到瞬态干扰力和周期干扰力作用时的模态振动响应幅值.算法具有良好的鲁棒性和有限时间振动收敛特性.     

压电混合约束层阻尼梁结构的振动控制

为提高主被动混合压电网络的振动控制频带,结合主被动混合压电网络和被动约束层阻尼结构各自的优点,提出了一种压电混合约束层阻尼结构用于悬臂梁结构的振动控制。利用复剪切模量模型描述粘弹性材料的力学特性,运用Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法推导压电混合约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型。在此基础上,采用速度反馈控制策略设计主动控制器,并对系统的开环和闭环特性进行数值分析。分析结果表明,与主被动混合压电网络相比,压电混合约束层阻尼结构具有更显著的振动控制性能和更宽的振动控制频带。而且这种压电混合约束层阻尼结构可以很容易地推广到对其他结构的振动控制。     

局部主动约束阻尼开球壳的振动特性分析

为了有效减小开球壳的振动,对球壳设置局部主动约束阻尼(ACLD),根据一阶剪切变形理论和Donnell壳体理论得出应变位移关系,用Jacobian多项式和Fourier级数组合表征球壳经度和纬度方向变形关系,基于能量法和Lagrange方程建立了系统的动力学模型,研究了主动约束阻尼结构参数、阻尼层占空比和压电层激励电压对模态频率和阻尼比的影响,对不同固定幅值激励电压下球壳中点的频域响应进行了比较。结果表明:合理设置粘弹性厚度和占空比可有效耗散球壳振动能量;压电层经纬度方向尺寸增大可有效增大系统阻尼比,但会使系统引入质量和模态频率大幅增加,影响球壳的使用性能;施加激励电压能够在几乎不改变模态频率的情况下增加系统的振动能耗,但一定幅值的激励电压仅对特定方向的模态幅值能够实现有效缩减。     

利用压电陶瓷作动器对柔性悬臂梁正位反馈控制试验

目的 验证压电陶瓷智能传感器和驱动器以及正位反馈控制对柔性结构主动控制的有效性.方法 将压电陶瓷片分别作为传感器和作动器使用,并粘贴于铝制悬臂梁的表面,对其振动反应实施实时控制.试验过程分为2个阶段,第1阶段5 s为启振阶段,通过激励压电陶瓷作动器使结构产生振动;第2阶段为控制阶段.利用压电陶瓷传感器得到的反馈信号,通过正位反馈算法计算出控制信号.驱动压电陶瓷作动器对结构的振动响应进行实时控制.结果 试验得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结论 试验结果证明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动和瞬时脉冲扰动引起的结构振动.     

基于变结构/输入成形的航天器振动抑制方法

针对挠性航天器大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种基于输出反馈变结构控制和输入成形振动抑制方法相结合的主动振动控制策略.首先,采用拉格朗日方法建立中心刚体上带有弹性附件的航天器的动力学模型.然后,在基于非线性和低阶模态的动力学模型基础上,考虑挠性结构模态不可测的情况,为了避免设计状态观测器及其引入的误差,在输出反馈变结构控制的基础上,给出了滑模存在条件以及仅利用输出信息的变结构控制器设计方法,使系统的状态轨迹达到滑动平面,并保证闭环系统渐近稳定;在此基础上,应用输入成形方法设计成形控制器来抑制该系统的振动,使得航天器星体姿态和挠性附件的振动同时得到了有效的控制.该成形控制器的设计仅需闭环系统的振动频率和阻尼.将该方法应用于单轴挠性航天器的大角度rest-to-rest(静止到静止)姿态机动控制进行了仿真研究,结果表明,方法可行有效.     

基于状态观测器的结构振动预测控制

针对结构振动控制时滞问题及反馈控制对结构全状态的需求,提出了一种基于状态观测器的序列最优预测模态控制算法.根据反馈的结构响应,通过状态观测器观测估计结构的全状态,通过序列最优预测模态控制算法计算实时控制力,将反馈的结构响应和计算的控制力作为输入,考虑控制系统的时滞,设计径向基神经网络（RBFNN）,形成基于状态观测器的序列最优预测模态控制器.对一带分布参数实际隔震的330kV电压互感器进行地震响应控制,仿真结果表明,基于状态观测器的序列最优预测模态控制算法,在无时滞的情况下与基于状态观测器的序列最优模态控制算法控制效果相当,在有时滞的情况下能有效克服时滞对最优预测控制算法的影响,控制效果良好.     

基于H∞理论的柔性机械臂振动主动控制

目的 研究柔性机械臂的振动主动控制问题,实现对机械臂振动的抑制.方法 使用压电元件作为驱动器,采用解析建模方法建立简化的压电柔性机械臂的动力学方程和控制系统模型,基于H∞控制理论设计了压电柔性机械臂的振动主动控制系统.结果 仿真结果表明.H∞控制器有效抑制了压电柔性机械臂的振动.尤其是低频振动分量大大下降.结论 利用H∞方法设计的控制器实现了对柔性机械臂的振动主动控制.且该方法具有强鲁棒性.     

压电智能车身结构振动主动控制技术

运用国内外振动主动控制方面的研究成果,结合汽车自身的特点,对压电智能车身结构振动主动控制技术进行了研究和探索。以车身结构减振、降噪为研究目的,采用压电主动控制方法,对车身振动控制进行分析。阐述了压电主动控制的原理,在对轿车顶棚进行模态分析的基础上,提出了压电传感器和致动器的配置方案,选择有效的控制算法,并搭建了振动主动控制系统。通过轿车车身实验验证了这种主动控制方法的有效性。实验结果表明:利用该技术对轿车车身振动进行控制是可行的,控制效果良好。     

主-被动方法优化负电容压电阻尼振动系统电路参数

针对负电容压电阻尼振动系统中负电容电路参数对振动幅值影响较大且不能适应外界环境变化而自动进行调节的问题,提出了一种主-被动方法,该方法将负电容电路参数调节问题转化到主动控制算法中.首先,针对压电等效电路特点,推导了主-被动方法原理.依据折半搜索算法的思想,阐述了主动控制器参数调节流程.最后,基于dSPACE1104在线仿真系统,使用压电和模拟电路元件,建立了四边固定的压电合金板主-被动振动控制实验平台,对提出的主-被动方法进行了实验研究.实验结果表明:提出的方法能够让负电容控制器的电路参数达到最优,且控制效果在同等条件下优于单独的主动控制或被动控制方法.     

简化的舱段船壳模型试验模态分析

工厂加工的试验模型与设计模型有时存在一定的差异，致使试验模型的动态特性与设计模型的动态特性不一致，本文中用于振动主动控制实验研究的舱段船壳模型就属于这种情况。而舱段船壳模型的动态特性对于其振动主动控制研究是很重要的、应用锤击激励法和LMS，CADA—X结构动态测试与分析软件对简化的舱段船壳模型上部平板进行模态试验，得到了前六阶固有频率、阻尼和振型，经模态置信准则检验，所测试验模态参数真实有效．将试验模态参数与有限元计算模态参数比较分析，找出了试验模型的加工缺陷，即船壳模型上部平板存在初挠度，致使试验模态与有限元计算模态的某些阶模态参数存在很大差别。     

机枪振动主动控制技术研究

目的　利用压电传感器和作动器主动控制技术解决机枪射击时的振动问题． 方法　采用智能结构的原理和方法, 对压电元件用于机枪结构振动控制的有关问题进行了研究． 结果　建立了机枪身管压电结构机电耦合动力学模型, 导出了控制方程, 给出了振动控制仿真结果． 结论　智能结构主动控制技术可以有效地抑制机枪射击时的振动响应, 提高射击密集度     

聚氨酯-橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立起来的一种减振处理方法。本文以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备成用于抑制结构振动的聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出了隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯-橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行了对比分析。结果表明：隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼的层的处理面积,模型振动响应峰值降低了27%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果揭示出：在聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计在此之上能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

悬挑结构人致振动的TMD振动控制

以广州亚运会历史展览馆的实际工程经验为例,分析了悬挑结构TMD振动控制设计时在模态选择、频率计算、人致激励模型、产品设计、效果评价等方面的特点与难点及相应的技术手段.在计算时应进行数值模型参数敏感性分析以确定可能的频率计算误差并指导TMD产品设计;在目前研究成果的基础上提出了一种均布荷载时程分析的步行激励模型;模态频率、结构阻尼等结构特性的计算均有一定的误差,但对于有/无TMD时振动响应相对值测试结果与计算结果较接近.     

压电悬臂梁振动的模态控制

结合有限元分析方法与模态控制来抑制悬臂梁的振动.采用有限元分析方法研究悬臂梁的动态特性,建立其动力方程.在悬臂梁振动时应力最大或次最大处的上、下表面同位配置压电片,作为抑制悬臂梁振动的致动器.基于模态控制方法,设计了模态传感器和模态致动器.采用模态速度负反馈进行反馈控制,以此计算出各个作为致动器的压电片的控制电压,以抑制悬臂梁的振动.通过算例进行数值仿真,结果表明,以此方法布置压电片和输入控制电压,能迅速抑制悬臂梁的振动,可单独或同时控制几阶模态振动.     

聚氨酯–橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立的一种减振处理方法。以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备用于抑制结构振动的聚氨酯–橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯–橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行对比分析。结果表明:隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼层的处理面积,模型振动响应峰值降低了16%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果表明:在聚氨酯–橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

考虑压电传感片故障的柔性机械臂振动容错控制

针对柔性机械臂结构振动控制中可能出现的压电器件故障问题,以提高系统可靠性和稳定性为主要研究目标,提出了一种集小波神经网络与取代控制技术相结合的容错控制方法. 首先设计了3种粘贴不同故障压电片的机械臂结构;然后采用小波包对各种故障压电片进行特征提取,通过径向基函数网络进行特征识别;再根据故障类型,选用硬件取代控制或基于一种新型非线性滑模观测器的软件取代控制;最后通过NI CRIO平台进行的容错控制实验结果表明,传感器件故障诊断的置信度达到0.9,前两阶振动模态的抑制效果达到10 dB以上.     

弹性板结构面内振动特性分析与实验研究

针对现有弹性板面内振动特性研究尚不充分,本文基于能量原理建立了弹性板结构面内模态预报模型,并开展了相关实验测量进行验证分析。采用二维改进傅里叶级数方法对弹性板结构面内振动耦合位移场函数进行构建,结合瑞利-里兹程式进而得到弹性约束边界条件下矩形板结构面内自由振动系统特征矩阵方程。结果表明:所得弹性板结构面内振动模态参数与文献数据吻合良好,验证了本模型的正确性与可靠性。随后,搭建了相关实验台架,对弹性板结构面内振动模态参数进行测试,并对实验环节可能引起的偏差因素进行了讨论分析。     

基于最小控制合成自适应算法的曲板结构振动控制研究

采用MCS算法,计算宏纤维复合材料(MFC)作动器经简化后的最优作动力,作用于小型曲板结构上,达到减小曲板结构在外部激励作用下的振动响应的目的。结果表明：MCS算法与MFC作动器组成的控制系统,能使曲板结构的加速度响应减小27%～30%,且无需曲板结构精确的模型参数。对该控制过程进行仿真计算与试验验证,两者相差7.4%,验证了MCS算法的有效性和鲁棒性,为曲面板的振动控制提供了新的控制策略。     

基于压电元件的振动主动控制系统

对一种基于压电陶瓷传感器和驱动器的振动主动控制系统进行研究.采用自制小型电荷放大器替代独立式电荷放大器将振动响应转换成电压信号,研究了相应多输入多输出算法,以柔性悬臂板作为被控对象,进行振动主动控制实验,并对本振动主动控制系统进行了试验验证.     

单柔性臂的滑模控制与主动控制比较研究

本文以单柔性机械臂为例,研究了基于奇异摄动理论的滑模控制,以及基于ACLD结构的主动控制问题.首先通过双时标变换,将系统分解为慢变子系统和快变子系统.针对慢变子系统,设计滑模控制器,以实现系统良好的轨迹跟踪性能,针对快变子系统,采用最优控制策略抑制其弹性振动.建立具有主动约束控制装置的主动控制方法的系统动力学模型,并对...