基于可控性柱面网壳结构主动控制作动器布置的优化研究

利用磁致伸缩材料的磁控特性制作的作动器可以对结构进行主动控制。首先分析了这种作动器的工作原理和设计方法,并通过实验对其进行了输出性能测试。接着在对作动器进行动力学建模的基础上,推导出整个柱面网壳结构的作动控制方程,同时基于作动效率,提出了不依赖于控制方法的位置优化准则,并且在综合考虑控制效果系数、硬件成本和系统复杂性等因素的基础上,初步确定了作动器的数量,然后采用遗传算法,对作动器的布置位置进行了优化。最后利用LQR主动控制算法,对一柱面网壳模型结构进行了主动控制分析。结果表明,通过优化布置的作动器能够有效地减小结构的动力反应,是一种较好的主动控制方法。此外,主动控制模拟结果也验证了应用遗传算法优化此类问题的优越性和可靠性。     

柔性板压电作动器的优化位置与主动控制实验研究

对柔性悬臂板主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中作动器采用压电形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian优化配置准则。仿真和实验结果显示,粒子群优化算法能够有效地对作动器的优化位置进行计算,尤其适用于多个作动器的位置优化问题,基于作动器最优位置的控制设计能够取得良好的控制效果。     

基于最小二乘支持向量机的结构地震响应时滞控制算法

针对时滞会导致控制系统效果降低、控制性能恶化甚至系统不稳定,将线性二次型控制（Linear Quadratic Regulator,LQR）与最小二乘支持向量机（Least Squares Support Vector Machines,LSSVM）进行集成,提出时滞LSSVM-LQR智能控制算法。该算法采集结构状态响应数据后,将用LQR算法计算出的结构最优控制力输入到LSSVM中,以训练并回归预测出时滞后时刻的最优控制力;由作动器对结构提供控制。基于MATLAB平台编写计算程序,并用一幢三层框架结构进行数值验证。结果表明,LSSVM-LQR算法能有效降低时滞对结构控制系统的不利影响。     

土木工程结构模糊滑模分散控制(DFSMC)研究

为了有效处理土木工程结构分散振动控制中子系统间关联项及外界荷载不确定性的影响,提出了模糊滑模分散控制算法(DFSMC)。通过引进Lyapunov函数设计了仅依赖于作动器所在层位移和速度响应反馈信息的滑模分散控制律,在此基础上,利用模糊控制系统自适应地调节滑模分散控制律的切换增益,进而建立了模糊滑模分散控制算法(DFSMC)。针对ASCE 9层Benchmark模型进行分散控制设计与集中控制设计及仿真分析。结果表明,分散控制策略较传统集中控制有更好的控制效果,且各子系统内作动器均能充分发挥作用,表明了这种分散控制算法具有很高的工程应用价值。     

基于0-3方向极化的PLZT作动器的开口圆柱壳的主动振动控制

基于理论分析及实验研究建立了沿0-3方向极化的PLZT光致伸缩作动器产生的光致应变随光照时间动态响应的本构方程,研究了光照强度、PLZT作动器的厚度与作动器产生的饱和光致应变及时间常数的关系。在此基础上研究了能产生非均匀控制力/力矩的新型四区域光致伸缩作动器对开口圆柱壳的主动振动控制。针对光致伸缩作动器产生驱动应变的特点,设计了速度反馈定光强半周期控制的控制策略,仿真结果表明,所提出的主动控制策略可以有效地抑制圆柱壳的振动。通过与沿0-1方向极化的PLZT作动器对比表明,由于沿0-3方向极化的PLZT作动器响应速度快,在相同光强下对圆柱壳的控制效果更好,且光照强度赿大控制效果越好。     

具有参数不确定性的车辆座椅悬架H∞输出反馈半主动控制

针对座椅悬架系统的参数不确定性和位移测量难题,基于线性矩阵不等式和H∞最优控制理论,建立了座椅悬架系统的参数不确定性H∞输出反馈控制器。控制器利用估计的状态采用鲁棒控制策略计算期望控制力。磁流变阻尼器的控制电压在满足半主动和极值约束条件下,比较期望控制力与当前阻尼力的大小,应用开关控制算法进行调整,使得磁流变阻尼器产生跟踪期望控制力的阻尼力。数值仿真结果证明,该控制器在仅利用座椅架的加速度作为测量输出进行状态估计,以及在座椅悬架系统具有参数不确定性的情况下,仍能有效地对座椅外部激励进行隔振,改善驾驶员的乘坐舒适性。     

抑制作动器间干扰的主动控制方法

通过优化作动器的控制目标，调整控制通道耦合方式，可有效抑制作动器间的正反馈，达到快速平稳收敛的控制目的。该方法基于滤波xLMS方法和多通道耦合控制模型，控制过程简洁、有效。实验结果表明，该方法能有效抑制多个作动器之间的互相干扰，而且较多通道分散控制具有更高的总体抑制性能。     

复合作动器复合方式对平台主动隔振影响分析

为实现微隔振平台在较宽频带内的主动控制,将一弹性体和第三代压电致动器相串联,设计了一种复合式压电致动器。将复合致动器应用到微隔振平台,并对其整体建模、控制仿真时发现：弹性体相对于作动器位置不同时,在不同的外扰下对控制力的影响不同。为此,设计了一个针对不同外扰对控制力影响的评价函数,通过不同位置对评价函数影响的仿真,结果表明：当隔振平台系统受直接干扰时,弹性体位置对控制力的影响较大;当平台受地基扰动时,弹性体位置对控制力影响不显著。所以,复合作动器的布置形式取决于外扰的类型,且在实验室环境中,两种布置要达到相同的隔振效果,弹性体在上布置所耗费的能量小于其在下布置时的状态。     

主动隔振作动器刚度放大与控制误差分析

研究了主动隔振系统中作动器的刚度放大与控制误差问题。主动隔振系统中作动器的刚度应与其负载刚度相匹配,如果负载较大或者作动器刚度较小,可以利用作动器与小刚度弹簧串联的方式放大输出刚度。分析了控制器的输出误差均匀分布时主动隔振系统的隔振性能,分析表明,对作动器刚度放大时,需要同时提高控制器的相对精度与作动器的行程才能保证原有的隔振效果,作动器的输出刚度与控制器相对精度、作动器的输出行程两参数具有等效性与替代性。这为设计主动隔振系统时控制器与作动器在更广阔的范围内选择提供了依据。     

汽车动力总成主动悬置系统分层控制策略研究

针对汽车动力总成主动悬置系统结构特点,考虑作动器动态特性对系统控制精度的影响,提出了一种分层控制方法。在对三自由度1/4车主动悬置系统分析的基础上,推导了悬置系统和电磁作动器控制电路的数学模型,采用分层控制策略对悬置部分和作动器电路部分设计了上、下层控制器。上层悬置控制器采用综合性能较好的LQR控制,并利用遗传算法对其性能指标权重系数进行优化;下层作动器电路部分采用简单实用的PID控制,并利用粒子群算法对其参数进行优化。最后,通过对所设计的主动悬置系统设置两种典型工况进行仿真验证。结果表明:相比于传统控制,按照分层控制策略设计的主动悬置系统能够针对汽车不同工况实施更精确的控制,并且具有较强的鲁棒性和力跟踪性。     

基于VMD的建筑结构模态参数识别

在建筑结构的健康监测、控制和状态评估中经常遇到的一个关键性问题是如何根据实测响应信号准确估计结构阻尼比及自振频率等模态参数。基于变分模态分解(VMD)提出一种新的结构模态参数识别方法。该方法首先对实测振动信号进行VMD分解,获得单模态信号,然后采用自然环境激励技术(NEXT)得到单模态信号的自由衰减响应,最后利用直接插值法(DI)和曲线拟合获得结构的自振频率和阻尼比。通过三层框架结构的数值模拟验证了该方法的准确性及可靠性。利用该技术对台风“达维”作用下广州中信广场的实测加速度数据进行分析,并将估计的结构模态参数和其他识别方法的分析结果进行对比,进一步验证了该方法的准确性和有效性。     

大型结构自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制研究

为了有效处理土木工程结构分散振动控制中子系统间相互影响力和外界荷载不确定性的影响,提出了自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法（DALRBFSMC）。首先利用Lyapunov稳定性理论设计了仅依赖于子系统位移和速度响应反馈信息的滑模分散控制律,在此基础上,结合RBF神经网络理论和经典梯度下降法,引入Lyapunov函数,推导了调整RBF网络权值的自适应学习率,进而得到能实时调节滑模分散控制律切换增益项的自适应学习率RBF神经网络滑模分散控制算法（DALRBFSMC）。同时,针对子系统不同划分方式及子控制器之间存在重叠,提出了多种分散控制设计策略。对ASCE 9层Benchmark模型进行多种分散控制和集中控制设计。仿真分析结果表明,该分散控制算法适用于不同的分散控制策略,重叠分散控制策略较传统集中控制策略而言有更好的控制效果;同时能使分散控制系统内各作动器均处于功效最大状态。     

A Robust Phase I Exponentially Weighted Moving Average Chart for Dispersion

A Phase I estimator of the dispersion should be efficient under in‐control data and robust against contaminations. Most estimation methods proposed in the literature are either efficient or robust against either sustained shifts or scattered disturbances. In this article, we propose a new estimation method of the dispersion parameter, based on exponentially weighted moving average charting, which is efficient and robust to both types of unacceptable observations in Phase I. We compare the method with various existing estimation methods and show that the proposed method has the best overall performance if it is unknown what type of contaminations are present in Phase I. We also study the effect of the robust estimator from Phase I on the Phase II exponentially weighted moving average control chart performance. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于主成分分析马氏距离的支腿控制阀健康评估

支腿控制阀的性能是影响起重机支腿系统伸缩性能的重要因素之一。为了准确的评估支腿控制阀的健康性能,提出一种支腿系统的性能衰退与健康状态的评估方法,该方法基于PCA降维与马氏距离相结合的分析模型,建立不同状态下传感器信号与关键零部件的映射关系,从而达到对起重机支腿系统性能衰退量化评估的目的。该方法应用于起重机支腿控制阀的压力信号,通过对传感器信号内蕴关系及起重机在各年份提取的特征在特征空间的相关性分析,以得到量化性能评估结果。与常见的其他方法相比,该模型能够准确地反映起重机支腿系统历年来的性能衰退趋势,具有更好的鲁棒性与泛化性。     

多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制

目的提高多感应电机速度同步控制系统的可靠性以及控制精度,提高印刷业的生产效率及产品质量。方法基于相邻交叉耦合控制结构,利用快速终端滑模控制的强抗扰动性和有限时间到达特性,提出一种多感应电机相邻交叉耦合快速终端滑模同步控制策略。结果通过仿真结果分析,相比传统相邻交叉耦合控制,在文中所提控制算法作用下其系统同步误差小,具有更高的同步控制精度。结论该控制策略可提高多感应电机同步控制系统的同步跟随性能和抗干扰性能,增强多感应电机无轴传动的同步协调控制能力。     

An enhanced chiller FDD strategy based on the combination of the LSSVR-DE model and EWMA control charts

Development of the fault detection and diagnosis (FDD) for chiller systems is very important for improving the equipment reliability and saving energy consumption. The results of FDD performance are strongly dependent on the accuracy of chiller models. Since the accuracy of the chiller models depends on the indefinite model parameters which are normally chosen by experiments or experiences, an accurate chiller model is difficult to build. Therefore, optimization of model parameters is very useful to increase the accuracy of chiller models. This paper presents a new FDD strategy for centrifugal chillers of building air-conditioning systems, which is the combination between the nonlinear least squares support vector regression (LSSVR) based on the differential evolution (DE) algorithm and the exponentially weighted moving average (EWMA) control charts. In this strategy, the nonlinear LSSVR, which is a reformulation of SVR model with better generalization performances, is adopted to develop the reference feature parameter models in a typical non-linear chiller system. The DE algorithm which is a real-coding optimal algorithm with powerful global searching capacity is employed to enhance the accuracy of LSSVR models. The exponentially weighted moving average (EWMA) control charts are introduced to improve the fault detection capability as well as to reduce the Type II errors in a t-statistics-based way. Six typical faults of the chiller from the real-time experimental data of ASHRAE RP-1043 project are chosen to validate proposed FDD methods. Comprehensive comparisons between the proposed method and two similarly previous studies are performed. The comparison results show that the proposed method has achieved significant improvement in accuracy and reliability, especially at low severity levels. The proposed DE-LSSVR-EWMA strategy is robust for fault detection and diagnosis in centrifugal chiller systems.     

大型结构小增益分散稳定化容错控制研究

针对大型土木工程结构,研究了具有完整性的小增益分散稳定化容错控制问题,考虑子控制系统关联项及系统中传感器与作动器出现故障的情况,利用Lyapunov稳定性理论及线性矩阵不等式方法,给出了离散时滞关联系统分散镇定的充分条件,并证明了该条件等价于一组线性矩阵不等式的可行性问题。进而,通过建立和求解一个凸优化问题,提出了具有完整性的小反馈增益参数分散稳定化容错状态反馈控制律的设计方法,所得到的子系统控制器能保持全局渐进稳定。针对ASCE 9层benchmark模型,该文分别从部分独立分散控制和重叠分散控制角度研究分析了正常工况、传感器失效、作动器失效及传感器作动器均失效工况的分散控制设计与数值分析。结果表明,该文提出的小增益分散稳定化控制（LMI-SGDSC）算法能获得与集中控制策略接近的控制效果,且无需更多的控制能量;相对于集中控制,重叠分散控制系统具有更高的可靠性;在发生故障时,具有完整性的分散稳定化容错控制（LMI-SGFTDSC）具有较好的控制效果。     

大型结构分散控制系统的优化研究

针对大型工程结构的分散控制方法进行研究,引入完全分散、部分独立分散及部分重叠分散控制的概念,分别以子系统控制效果局部最优及整体最优为目标设计分散控制结构的子系统控制器,并利用基于差分进化的混合粒子群算法对子系统进行优化,综合考虑子系统划分数量、子系统所含层数以及重叠部分所含层数的影响。对9层benchmark模型进行了多工况分散控制设计与数值分析。结果表明,整体最优目标下,采用部分重叠分散控制策略,能获得与集中控制策略接近的控制效果,相对于集中控制,重叠分散控制系统具有更高的可靠性,且不需要更多的控制能量。     

板振动的无需次级通道建模的分散式前馈控制方法研究

本文针对板的振动,提出了一种无需次级通道建模的分散式前馈控制方法。该前馈控制方法不需要结构的物理信息,并且能够控制板在非共振频率处的线谱振动。采用压电片和加速度计分别作为执行和传感元件,建立了简支板振动主动控制的理论模型和实验系统。提出了分散式前馈控制策略,并分析了无需次级通道建模的分散式前馈控制算法的稳定性。提出了一种内模滤波器将加速度信号转变为速度信号,并补偿抗混叠滤波器和平滑滤波器的频率响应,使执行器和传感器保持同位配置。通过仿真和实验验证了该算法的有效性。     

Analyzing experiments with degradation data for improving reliability and for achieving robust reliability

Statistically designed experiments provide a proactive means for improving reliability; moreover, they can be used to design products that are robust to noise factors which are hard or impossible to control. Traditionally, failure‐time data have been collected; for high‐reliability products, it is unlikely that failures will occur in a reasonable testing period, so the experiment will be uninformative. An alternative, however, is to collect degradation data. Take, for example, fluorescent lamps whose light intensity decreases over time. Observation of light‐intensity degradation paths, given that they are smooth, provides information about the reliability of the lamp, and does not require the lamps to fail. This paper considers experiments with such data for ‘reliability improvement’, as well as for ‘robust reliability achievement’ using Taguchi's robust design paradigm. A two‐stage maximum‐likelihood analysis based on a nonlinear random‐effects model is proposed and illustrated with data from two experiments. One experiment considers the reliability improvement of fluorescent lamps. The other experiment focuses on robust reliability improvement of light‐emitting diodes. Copyright © 2001 John Wiley & Sons, Ltd.