结构振动的自适应反馈预测控制研究

研究一种周期扰力作用下的自适应反馈预测实时控制方法，并将其应用到结构振动控制中。采用RLS算法处理在线辨识问题，根据辨识结果直接进行反馈预测控制的设计。实时控制中，辨识和控制的计算都由高速数字信号处理器完成。此种方法，对于周期扰力及拟周期扰力激起的结构振动响应都有很好的控制效果。     

悬架分块动力学模型的在线系统参数与外扰识别研究

根据汽车悬架动力学特性的理论知识,建立了七自由度汽车分块悬架动力学方程,车身分块系统中不包含路面外扰,故其辨识精度不会受外扰影响。推导了分块悬架动力学方程从惯性物理坐标到传感器坐标的变换。依据递推最小二乘算法,利用执行器作为激励,采用时域辨识方法对参数进行辨识,辨识出了从执行器到传感器的汽车分块悬架动力学模型。实现了悬架模型在线参数辨识与路面外扰反解识别,为七自由度汽车悬架的振动主动控制打下了坚实的基础。     

Study and verification of an online secondary path identification algorithm for adaptive filtering based control of structural vibration

针对基于自适应滤波的振动控制算法的误差通道辨识问题,提出一种在实施该控制算法中进行误差通道模型实时在线辨识的方法.其基本思想是在振动主动控制器输出端引入一个白噪声信号,采用有限脉冲响应滤波器作为误差通道模型进行实时在线辨识,利用性能判别器实时控制辨识环节的停止与否,同时振动主动控制采用滤波-X算法.给出了具有在线辨识功能的控制器结构与算法过程,并结合实验模型结构和测控平台进行了实验分析与验证.基于MATLAB进行相关算法仿真,分析引入白噪声信号对辨识模型误差的影响,提出了一种辨识模型误差判定准则,并分析对振动控制系统性能的影响;基于实验平台进行了压电机敏柔性结构振动主动控制的验证.实验结果表明,控制通道模型实时在线辨识策略是成功的,由此验证了所设计的控制器及其控制算法的可行性和有效性.     

含橡胶轴承轴系振动传递主动控制研究

研究基于惯性式作动器的轴系振动主动控制方法,用于抑制轴系振动向弹性基础传递。首先通过简化的轴系模型,分析了随转速变化的橡胶轴承支承特性导致轴系振动特性显著改变的原因,然后提出控制通道模型在线辨识与周期振动抑制方法。使用LMS辨识算法和子空间滤波方法获取轴系运行状态下的控制通道的脉冲响应,滤除其中由转速调制的周期干扰信号,并使用内嵌饱和抑制与干扰重构的Filtered-x LMS算法构建由转速调制的周期干扰的抑制方法。仿真和试验结果表明,经过滤波的脉冲响应的在线辨识模型更加有效,而且控制方法能够抑制转速调制的周期干扰,减小弹性基础振动。     

基于神经网络的悬臂梁在线辨识与振动主动控制

针对压电悬臂梁结构进行了基于神经网络在线辨识的振动主动控制研究。设计了基于NARMA-L2神经网络模型的在线辨识器和振动主动控制器,分析了神经网络各层的输入输出结构,建立了神经网络权值和阈值调整公式。在此基础之上,进行了外扰激励为单频和扫频信号时系统的在线辨识和振动主动控制实验,结果表明：该控制系统对悬臂梁的振动响应有较好的抑制作用和较强的鲁棒性。     

基于ERA模型辨识的H∞振动主动控制试验研究

针对外扰作用下的尾撑式风洞测力模型进行H_∞鲁棒控制试验研究。采用ERA算法(Eigensystem Realization Algorithm)进行模型辨识,可直接获得受控系统动力学方程。为保证系统的稳定性和鲁棒性,结合H_∞混合灵敏度优化方法设计控制器,实现受控模型垂向前两阶模态的振动控制。试验结果表明,结合ERA辨识模型设计的控制器能够有效抑制模型振动,能够将前两阶振动幅值抑制到无控制时的10%以下。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器。根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG。对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制。     

基于Stewart平台的大柔性空间桁架结构振动控制

针对大柔性空间桁架结构的振动主动控制问题,提出一种根部测控一体化方案,即采用CCD相机在桁架根部对桁架振动进行非接触式测量和采用Stewart六杆并联平台固连在柔性桁架根部作为主动设备进行振动控制。采用ADC自适应控制算法,并基于dSPACE实时仿真系统,搭建了振动控制实验平台。文中使用音圈电机激振器分别作为外扰和内扰,激发柔性桁架的低阶模态,通过视觉测量系统测得振动信号,采用Stewart平台在桁架根部对振动进行抑制。低频外扰谐振实验,桁架振动振幅衰减87.7%;低频内扰谐振实验,桁架振动振幅衰减91.8%。实验结果证明文中提出的桁架振动根部测控一体化方案的有效性,尤其适用于空间可展开结构的振动控制。     

机器扰力作用下某厂房楼板竖向振动与TMD减振研究

针对某厂房主次梁式楼板在机器扰力作用下的有害振动问题,首先综合现场振动实测与动力特性、动力响应有限元分析揭示了楼板竖向振动机理,然后以楼板结构模态等效阻尼比、竖向加速度减振率与TMD行程作为楼板减振性能指标,分别给出了单一频率扰力作用下工业厂房楼板减振用TMD的设计频率、安装位置确定原则,开展了TMD的质量比与阻尼比参数化分析,最后总结建立了TMD减振优化设计流程。结果表明:单一频率机器扰力作用下厂房楼板结构呈现典型的强迫振动特征,楼板主振动频率与扰力频率相等;TMD设计频率应取为机器扰力频率,TMD宜布置在机器扰力作用位置,TMD质量比和阻尼比参数需要结合减振性能指标优化确定。     

桥梁颤振导数自由振动识别的分段扩阶最小二乘迭代算法

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上，给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法（SEO-ILS法）。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别：先直接识别出系统矩阵，在识别出二自由度节段模型各不同风速下的等效刚度和等效阻尼矩阵后，即可同时提取8个颤振导数。风洞试验表明，文中方法有效可行。     

EMD和SLS法在爆破振动加速度信号时域积分中的应用

实测差异分析表明,速度振幅峰值分布受外界因素影响更具规律性,加速度信号主频分布比速度信号更分散。提出一种加速度信号时域积分算法,先基于经验模态分解法对信号进行趋势项剔除、去均值化和高频降噪,再对存在漂移现象的各固有模态函数分量时域积分速度分量进行最小二乘法处理。研究表明：各固有模态函数分量在处理过程中应分别对待;为达到较好降噪效果,阈值修正系数k应不断调整;分段最小二乘法对漂移现象的消除能力优于单段最小二乘法和经验模态分解法。最后,通过本文定义的全局参量和局部参量验证了算法的优越性。     

柴油机振动信号盲分离组合算法

由于机械系统的振动信号能有效反映系统特征,对其进行盲解卷积能提供由混合信号中分离出源信号的可能性,为此提出机械系统振动卷积模型;将多通道盲最小均方差与缩减盲源方法结合提出MBLMS-TDS组合算法,且利用该算法对卷积混合信号进行盲解卷积验证算法的合理性;用该算法对柴油机表面混合振动信号进行分离,获得活塞撞击缸体信号与柴油机燃烧信号。     

利用脉冲响应函数识别载荷的时序法

采用了Ｄｕｈａｍｅｌ积分来求解比例阻尼离散结构系统的动态载荷识别问题。使载荷识别这一结构分析反问题变为用正分析方法来处理。在实测自由度数不少于待识别荷载自由度数的前提下，本方法克眼了识别精度受实测信息数目限制的缺点。经实验考证，该方法精度高。算例亦表明，同样的实测信息，本文方法将得到较传统方法［５］～［９］更理想的解答。本文用奇异值分解代替文献［５］～［９］中的最小二乘法。即使系数阵秩亏损，仍可求得最短范数的最小Ｍ乘解。     

有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法

应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。     

直升机结构响应频域自适应控制的试验研究

降低直升机的振动水平一直是直升机研制过程中最为关键的技术问题之一。基于直升机全局模型的结构响应频域主动控制方法,采用自行研制的数字信号处理(DSP)测控软件进行了多输入多输出的试验研究。在对控制通道频响矩阵的在线识别上分别采用了卡尔曼(Kalman)滤波法和最小均方法(LMS),重点探讨了权矩阵、识别量初始值等对控制效果的影响,并对两种识别方法进行了对比,得出了有价值的结论,为真实工程应用中方法以及对应参数的选择提供参考和依据。     

柔性板的多变量频域辨识及其主动控制

从控制系统的角度出发，利用压电陶瓷作为传感器和作动器，研究了二维柔性板的多变量频域建模问题。对一个柔性板物理实验系统．采用最小二乘法在频率域中建立了二输入二输出传递矩阵描述，设计了基于辨识模型的多变量最优调节控制器，并在上述柔性板物理实验系统上针对初始扰动、持续正弦扰动、窄带随机扰动等典型形式的扰动进行了实验验证。结果显示，控制对象的弯曲和扭转振动模态都得到了有效抑制。由此证明了辨识模型的有效性，同时也表明采用集中参数模型在一定的范围内是可以描述本质上是无穷维分布参数系统的。     

多变量AR建模方法在工作模态参数辨识中的应用

对于一些大型工程结构,有时很难甚至无法测量结构的输入信号,只能利用实测的响应数据进行工作模态识别.针对这一实际工程情况,首先利用工况下结构的响应数据作相关分析,继而对相关分析后得到的多组数据构造多变量自回归(AR)模型,依据逐步最小二乘法和准则函数优化思想确定模型阶次和估计模型参数,并由模型参数矩阵的特征值分解确定结构的工作模态参数,最后利用TH6350大型镗铣加工中心主轴系统进行试验验证,结果对比表明,这种方法不仅能够有效提取结构动态特性参数,而且还能提供有关激励和结构振型的信息.     

基于LMS自适应滤波的汽车主动悬架研究

针对简化的车辆模型，确定汽车簧上质量的加速度、车轮与地面问的动载荷以及车身的动挠度为悬架系统性能评价指标。将LMS自适应滤波算法与广义自适应控制相对比，仿真计算表明，LMS自适应控制策略不仅计算简单，而且性能指标明显优于广义自适应控制方法。