大跨空间结构减震控制装置设计与试验研究

基于大跨空间结构振动主动控制方法,以超磁致伸缩材料为核心元件,充分利用其输出力大、响应速度快、可靠性高、驱动电压低等优良磁控特性设计出一种将电磁能转化为机械能的减震控制装置—超磁致伸缩作动器,分析了其工作原理和设计方法,然后对其进行力和位移输出性能测试.结果表明,该作动器磁路结构良好,磁机转换效率较高,在驱动电流作用下可输出较大的力和位移,其与驱动电流基本呈线性关系且对电流的变化非常敏感,为这种作动器在大跨空间结构中的应用打下了良好的基础.     

宏纤维复合材料对拉索振动的模糊控制

采用MFC作为作动器对拉索振动进行主动控制,首先推导出宏纤维复合材料粘贴于拉索上的驱动弯矩表达式,并建立MFC-拉索的控制系统模型;然后结合拉索振动特点以及模糊控制规则设计出模糊控制器;最后对拉索在不同形式激励下进行主动控制的仿真计算。结果表明,采用MFC作为作动器进行拉索的振动控制是完全可行的,运用模糊控制算法对拉索振动有良好的控制效果。     

超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D可以研制出推进力大、量程大、纳米级分辨率的超磁致伸缩致动器,在超精密加工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域有着广阔的应用前景.本文对超磁致伸缩材料的磁化机理、超磁致伸缩致动器的非线性模型、控制技术及精密位移控制系统作了较为详细的评述,并指出了超磁致伸缩致动器的模型与控制技术的发展趋势.     

用于超磁致伸缩作动器的一种改进的控制方法

为提高对超磁致伸缩作动器的控制精度,在基于Preisach模型前馈补偿的PID控制基础上,提出了一种基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制方法．采用dSpace实时仿真系统搭建超磁致伸缩作动器的实时控制实验平台．利用研制的超磁致伸缩作动器测试了基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制与PID控制方法下对方波信号和混合信号的轨迹追踪能力．两种控制方法下的实时控制效果对比分析表明,基于Preisach模型前馈补偿的模糊PID控制比常规PID控制具有更好的控制效果,从而验证了该方法的有效性．     

微型超磁致伸缩高速阀致动器的优化设计

通过优化设计驱动线圈和Terfenol-D的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料Terfenol-D为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善Terfenol-D的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.     

采用主动悬置的汽车动力总成振动模糊控制

介绍了采用压电叠堆作动器的汽车动力总成主动悬置,分析了隔振系统的数学模型,采用参数自整定的模糊PID控制方法对控制系统进行了仿真研究,结果表明采用主动悬置的汽车动力总成振动模糊控制方法能有效地减小动力总成振动对车身的影响.     

基于AGA的智能桁架结构模糊振动控制

应用一种根据适应度自动调整选择交叉概率和变异概率的自适应遗传算法(Adaptive Genetic Algorithm,简称AGA),来优化智能桁架结构模糊控制系统。首先,考虑到压电主动杆的机电耦合特性,建立系统的有限元动力方程;其次,以智能桁架结构的主动杆轴向位移差为优化目标,使用自适应遗传算法优化模糊控制规则,以增强智能桁架结构模糊控制器的振动控制效果;利用Matlab/Simulink建立空间智能桁架结构的仿真模型,对模糊规则优化前后的控制结果进行对比。仿真结果表明:使用自适应遗传算法优化后的模糊控制器,能够加快智能桁架振动衰减速度,并且有效消除模糊控制的稳态误差。     

超磁致伸缩致动器控制系统的建模与仿真

结合磁致伸缩致动器的结构建立了致动器传递函数模型，对磁致伸缩致动器控制系统进行了仿真，设计了PID调节器，并在此基础上进行了离散化，得到了数字控制系统，为磁致伸缩致动器控制系统的硬件选型和硬软件设计提供前提条件。     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.     

主动控制电致伸缩液压悬置隔振特性仿真

采用电致伸缩材料作为主动控制作动器的智能悬置,利用Matlab软件,并考虑了惯性通道、解耦通道以及电致伸缩作动器的非线性,建立了该悬置的仿真模型。选择滤波后的 x LMS算法作为控制算法,通过仿真计算研究了该悬置的隔振性能。采用查表的办法由控制位移求解控制电压,能有效地避免作动器非线性对系统性能的不良影响。研究结果表明:对系统施加控制后,传递到车身上的振动大大减弱,在6 s内振动力降到未施加主动控制时的3%,20s后降到未施加主动控制时的1%。说明采用主动控制能有效地改善悬置的隔振性能。     

基于遗传算法权值优化的汽车悬架最优模糊控制

结合车辆非线性主动悬架系统数学模型,首先设计出悬架系统的线性二次型整定（LQR）最优控制器,其中控制器的加权系数利用遗传算法优化搜索获得,然后设计悬架系统的模糊控制器,进而开展LQR最优控制、模糊控制以及两者并联结合的复合控制方法对比研究．利用遗传算法对加权系数进行搜索优化,可有效解决传统LQR控制器加权系数不易确定的问题．该复合控制方法可获得相比单一控制方法更优的悬架系统控制效果,在车辆不同行驶工况条件下,能进一步降低车身垂直振动加速度、悬架动挠度和轮胎形变,明显提高了汽车的行驶平顺性和操纵稳定性．     

一种新的针对平移振荡器系统的模糊控制方法

针对平移振荡器系统(TORA)设计了一种基于遗传算法及单输入规则模块的模糊控制方法.该方法有效地结合了基于单输入规则模块的模糊控制方法及遗传算法的优点,使得设计出的控制器既具有易于理解、结构简单、规则数目少、控制器需设定的参数少的特点,同时,又可以通过遗传算法实现参数的自动调整,大大减少了控制器设计的难度及工作量.最后,在无干扰、存在干扰、系统参数变化等情况下进行了仿真试验,仿真结果表明了该控制方法的有效性及鲁棒性.     

ACS algorithm-based adaptive fuzzy PID controller and its application to CIP-Ⅰ intelligent leg

Based on the ant colony system(ACS)algorithm and fuzzy logic control,a new design method for optimal fuzzy PID controller was proposed.In this method,the ACS algorithm was used to optimize the input/output scaling factors of fuzzy PID controller to generate the optimal fuzzy control rules and optimal real-time control action on a given controlled object.The designed controller,called the Fuzzy-ACS PID controller,was used to control the CIP-I intelligent leg.The simulation experiments demonstrate that this controller has good control performance.Compared with other three optimal PID controllers designed respectively by using the differential evolution algorithm,the real-coded genetic algorithm,and the simulated annealing,it was verified that the Fuzzy-ACS PID controller has better control performance.Furthermore,the simulation results also verify that the proposed ACS algorithm has quick convergence speed,small solution variation,good dynamic convergence behavior,and high computation efficiency in searching for the optimal input/output scaling factors.     

基于压电堆的网壳振动智能控制研究

利用压电材料的压电效应机理,设计出一种压电主控作动杆件,分析其工作原理和设计方法.然后利用模糊智能控制进行仿真,将其应用于网壳结构振动智能控制分析中,结果表明压电主控作动杆可有效地减小结构的加速度和位移响应,为其在桁架结构中的应用打下良好的基础.     

基于模糊控制的作动器设计研究

研究了一种新型的作动器,其特点是激振频率及振幅可在线跟踪调节,控制系统可自动识别相角差及振动幅值并自动进行调节.模糊控制器可显著地减小船舶的振动,作动器与激振器相角差控制方面首次提出了优化模糊控制算法,与传统模糊控制算法比较,模糊控制规则可根据实际测试结果进行确定,然后由程序进行分段线性优化,提高了相位角差调整的精度,理论分析和仿真结果表明,当系统模型参数发生变化时,该作动器具有良好的特性,对于抵消来自振源的振动具有很好的效果.     

机器人柔性臂的扭转振动主动控制研究

针对具有两连杆结构的空间机器人，设计了一种压电驱动器来抑制空间机器人柔性臂的扭转振动。采用拉格朗日方程和假设模态法对此机器人系统进行了理论建模，并建立了考虑随机干扰的状态空间表达式，基于随机最优控制理论设计了线性二次型高斯（LQG）状态反馈控制器。仿真结果表明，该主动控制策略能够有效衰减机器人柔性臂的扭转振动，从而提高了末端执行器的定位精度。     

基于自适应遗传算法的DFB激光器模糊PID温控系统

针对传统的PID控制算法很难准确控制DFB激光器温度的问题,提出并设计了一种基于模糊PID控制和自适应遗传算法的新型DFB温度控制系统.该控制系统由硬件和软件两部分构成,在硬件设备上以单片机作为控制系统的处理器,以铂电阻和热电冷却器分别作为控制系统的敏感器和执行器;在控制算法上利用自适应遗传算法来优化模糊PID的自整定规则.结果表明,该系统能够实现DFB激光器在5~65℃温度范围内的有效控制,控制误差和超调量分别低于0.002 3℃和10%,具有较好的应用前景.     

基于Backstepping非线性输出时滞系统的模糊自适应容错控制

针对一类SISO带有执行器故障的状态可测的非线性输出时滞系统,提出了一种模糊自适应Backstepping容错控制方法。所提出的控制方法可以解决对执行器卡死故障和执行器失效的问题。设计中,对时滞项进行有界处理,从而消除时滞的影响。采用模糊逻辑系统逼近未知函数,并结合Backstepping设计原理,给出了模糊自适应容错控制器和参数的自适应律。基于Lyapunov函数方法证明了闭环系统是半全局一致终结有界的,跟踪误差收敛到原点的一个小的邻域内。仿真结果进一步验证了所提方法的有效性。     

一种基于粗集理论方法的水位模糊控制器设计

应用粗集理论中知识表达系统决策规则的简化方法对模糊控制规则进行约简来设计粗糙模糊控制器,通过约简简化控制系统,从而得到一个最简控制决策规则,使系统更易于控制。完成了水箱水位粗糙模糊控制器的设计,并分别进行了模糊控制和粗糙模糊控制仿真研究,研究结果表明该粗糙模糊控制能有效改善模糊控制的性能。