垂尾抖振响应主模态控制的地面模型实验

根据飞机垂尾抖振响应的特点,提出飞机垂尾抖振响应主模态控制概念和方法,用于垂尾抖振响应压电主动控制系统设计.采用自主研制的弓形压电作动器,并用随机激励力模拟抖振载荷,进行了垂尾模型抖振控制地面实验.结果表明,采用抖振主模态控制方法,可使垂尾模型梢部抖振位移响应功率谱密度函数的第1阶模态峰值降低94％,第2,3阶模态峰值分别降低53％和85％；采用弓形压电作动器为控制执行元件可有效实施垂尾抖振响应主动控制.     

宏纤维复合材料MFC作动器迟滞非线性分析与补偿方法研究

作为一种新型的压电纤维复合材料作动器,宏纤维复合材料MFC(Macro fiber composite)具有响应迅速、机电换能效率高、封装完备和环境适应性强等特点,广泛应用于工程结构的振动、主动变形控制的领域。然而压电材料所固有的迟滞非线性特性直接影响着作动器的控制精度和驱动效果。构造MFC作动器驱动的悬臂梁结构的试验系统,建立基于试验数据的PI(Prandtl-Ishlinskii)和修正PI迟滞模型,进而开展针对主动控制的迟滞逆补偿模型研究。通过试验对这两种模型的准确性和逆补偿的有效性进行比较,结果表明修正的PI迟滞模型对MFC作动器的迟滞非线性特性具有良好的补偿结果,修正的PI逆模型的拟合位移是未进行电压补偿控制的2.14倍,是PI逆模型补偿控制的1.56倍。所发展的修正PI迟滞模型研究方法可以推广到其他压电材料迟滞行为的模拟。     

动态积分滑模控制及其在交流伺服系统中的应用

针对交流伺服系统速度控制问题,提出了一种动态积分滑模控制方法。利用动态滑模控制方法消除抖振,在切换函数中引入积分环节提高了稳态精度,并给出了交流伺服系统速度控制器的设计方法。仿真试验表明,该方法能明显削弱抖振,提高稳态精度,并有较强的鲁棒性。     

智能主轴高速铣削颤振的模糊控制方法研究

在航空叶片、整体叶盘等零件高速高效加工过程中,切削过程阻尼作用的减弱,致使颤振相比低速切削时更容易发生,严重影响了加工精度和效率的提高.而颤振监控作为智能主轴的主要功能之一,是解决高速高效加工过程中颤振难题的一种有效途径.首先,在主轴结构上集成压电作动器及位移传感器等,搭建颤振主动控制系统,并在此基础上,建立主动控制系统模型.然后,分析主轴系统动态特性,据此设计模糊控制规则,开发模糊控制器.接着,通过力锤激励试验及扫频试验辨识主轴动态系统模型,进行铣削加工及颤振控制仿真分析.最后,开展铣削颤振主动控制试验.试验结果表明,提出的颤振模糊控制方法能够有效控制铣削颤振,提升铣削加工的稳定性.     

采用非定常涡气动力理论的非线性颤振主动抑制仿真研究

针对带后缘操纵面的二元机翼系统,采用非定常涡气动力理论建立了相应的气动弹性运动方程。对俯仰自由度存在迟滞型非线性刚度环节的情况,以后缘操纵面作为控制面,进行了非线性颤振主动抑制仿真。研究结果表明,对机翼颤振的抑制效果明显,所用非定常涡气动力理论适于进行非线性颤振的主动抑制仿真研究。     

受约束悬臂输流管道颤振的自适应控制

使用压电片作为控制执行元件，对具有弹性支承和非线性运动约束的悬臂输流管道的颤振进行了主动控制。考虑由于压电片伸缩而产生的附加控制力矩，推导出受控输流管系统的非线性运动方程，然后基于Lyapunov稳定性理论设计了模型参考自适应控制系统，并利用数值仿真的方法对该控制方案的有效性进行了验证。通过比较输流管道受控前后的运动响应发现，该控制器对管道非线性系统的周期和混沌等运动都可实施有效的控制。     

考虑气动力修正的操纵面颤振特性研究

机翼在后缘操纵面带有大偏角时会发生一定程度的气流分离。采用计算流体力学方法计算大偏角操纵面上的气动力,并以此对采用偶极子格网法得到的气动力进行修正,进而进行机翼颤振分析。算例结果显示,气动力修正并不改变操纵面颤振模态的耦合类型,主导颤振的模态仍为机翼一弯和外段操纵面旋转;考虑操纵面偏转情况下的气动力修正后,计算得到的颤振速度比气动力未修正的结果高。     

超声电机驱动的CMG框架系统滑模控制

针对超声电机驱动的控制力矩陀螺框架伺服系统具有强非线性、参数摄动和多源扰动力矩等问题,在系统建模和分析的基础上,采用了一种混合积分滑模变结构控制器,在保证框架速度控制快速响应的同时,提高了系统在多源强耦合扰动力矩下的鲁棒性。针对滑模抖振问题,引入了一种滑模观测器补偿框架系统的多源扰动力矩,减小系统不确定项的影响,进而减小滑模切换增益,达到抑制抖振的目的。仿真和实验结果表明,提出的控制力矩陀螺框架速度控制策略可有效抑制滑模控制系统的抖振现象,在多源扰动力矩的影响下,框架系统具有较强的鲁棒性。     

基于矢量控制的BLDCM新型滑模控制器

针对反电动势为正弦波的直流无刷电机控制效率问题,研究了其控制方式,采用了矢量控制方法代替传统的方波控制,以提高电机运行效率,设计了一种新的指数趋近律积分型滑模控制器(sliding mode control,SMC),提高了直流无刷电机控制系统的抗干扰性及速度跟踪性。在滑模控制中引入新的趋近律可有效地抑制抖振问题,提高了滑模面的趋近速度,同时使得系统的超调得到显著的降低。采用了边界层可变的正弦饱和函数替代开关函数进一步削弱抖振,并对其进行了理论分析。最后根据所设计的控制方式通过Simulink进行了仿真验证。研究结果表明,所设计的速度控制器较传统的滑模控制器及积分型滑模控制器具有更好的抑制抖振和速度跟踪性能。     

基于H_∞控制和μ控制的二元机翼颤振主动抑制分析

针对二元机翼颤振主动抑制问题,对二元翼段颤振控制律的设计以及风洞实验验证展开了深入研究。首先,基于Theodorsen非定常气动力理论建立了该翼段模型的运动状态方程。其次,基于鲁棒控制理论设计了H_∞控制器和μ控制器,分别与二元翼段气动弹性系统共同组成了机翼颤振主动控制系统。最后,采用数值仿真和风洞实验相结合的方式,对H_∞控制器和μ控制器的颤振控制效果进行了验证。研究结果表明:H_∞控制器和μ控制器都能有效抑制颤振的发生,可将机翼颤振临界速度由15.45 m/s提高到27 m/s以上。且μ控制器在颤振主动抑制中的颤振抑制收敛时间更短,颤振抑制风速上限更高,具有更好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

液压管路脉动主动控制的消振阀的设计

液压管路脉动主动控制方法由于其强自适应能力和较好的脉动削减效果而越来越受到重视,针对基于旁路溢流原理的脉动主动控制理论中对消振阀的性能要求,设计了锥阀结构的高频响压电直驱式节流阀,利用压电陶瓷的高频响、高输出力特性,并采用环形压电叠堆来优化阀的结构尺寸。建立了压电直驱式节流阀的数学模型,通过理论计算和仿真分析得到,该压电式节流阀从阀芯位移量、响应频率、流量特性角度都能满足脉动主动控制对消振阀的要求。     

基于电流变效应的车削颤振预报控制技术的研究

将电流变减振技术引入机床切削系统,研制了车床横刀架电流变液减振器。通过流变学动态模量测试方法,求得了该系统的附加阻尼和附加刚度,并对该系统振动响应特性进行了理论分析。研制开发了基于电流变效应的车削颤振预报控制系统。预报控制试验结果表明,利用该系统可以对机床切削颤振实施有效的预报控制。     

考虑控制输入约束的电磁阀式半主动悬架滑模控制

针对悬架控制系统中的输入约束和切换抖振问题,综合考虑悬架系统非线性,提出一种电磁阀式半主动悬架系统的考虑输入约束的模糊切换增益调节滑模控制方法。建立了1/4车辆悬架非线性模型,并利用电磁阀减振器力-速度特性试验建立了电磁阀减振器非线性力学模型。将模糊控制与滑模控制结合设计滑模控制律,降低系统抖振,同时引入辅助系统解决控制输入约束问题。仿真结果表明,所提出的滑模控制器可有效降低控制输入约束和切换抖振对悬架系统性能的影响,改善车辆乘坐舒适性。     

永磁同步电机积分滑模观测器控制

对永磁同步电机观测器控制进行研究,针对传统滑模观测器存在控制精度低、系统抖振较大的不足,设计了一种永磁同步电机积分滑模观测器控制。积分滑模控制具有控制精度高、系统抖振小的特点。积分滑模观测器可以有效提高电机控制精度,增强控制系统抗干扰能力。采用饱和函数代替符号函数进行滑模控制律设计,降低控制系统固有抖振,使滑模控制动态性能提高。通过仿真验证了积分滑模观测器控制策略的可行性。     

复合材料曲壁板颤振特性分析

基于Marguerre曲板理论、von Karman大变形理论和气动力活塞理论建立超音速气流中三维复合材料曲壁板的有限元模型。分析了不同边界条件下复合材料曲壁板的曲率对曲壁板颤振边界特性的影响规律。结果显示:1)当曲率较小时,颤振是由曲壁板前两阶模态耦合产生,颤振临界动压随着曲率的增大而减小;2)当曲率较大时,颤振危险模态会随曲率增大而发生变化,颤振临界动压也会表现出复杂的变化规律;3)曲率较小时,四边固支曲壁板的颤振临界动压高于四边简支曲壁板;4)当曲率较大时,四边简支曲壁板的颤振临界动压可能大于四边固支曲壁板。     

某型涡轴发动机压气机离心叶轮叶片多种振动特性试验方法对比研究

以某型涡轴发动机压气机离心叶轮叶片为研究对象,采用3种不同的试验系统研究该叶片的振动特性。仿真结果表明,压电纤维复合材料(Macro Fiber Composite,MFC)作为激振源的试验系统,在叶片振动特性的试验中可以较准确地获得叶片的振动频率,并且能够得到叶片的振型。MFC能够激起叶片更高阶的振动,是使用力锤激振所不具备的条件,因此在叶片高阶模态振动的研究中MFC更具优势。     

直驱泵控电液位置伺服系统模糊滑模控制仿真与实验研究

针对直驱泵控电液位置伺服系统采用普通滑模控制存在高频抖振现象以及跟踪控制性能欠佳的问题,在普通滑模控制的基础上引入模糊控制量来柔化控制信号,从而削弱滑模切换时产生的剧烈抖振,提高电液位置伺服系统控制精度和稳定性。设计了比例切换模糊滑模控制器,实现了利用模糊控制输出项柔化滑模切换控制。采用滑模控制和模糊滑模控制对单位阶跃响应和余弦跟踪特性进行了仿真与实验研究。结果表明:模糊滑模控制能显著提高直驱泵控系统的动态响应速度和稳态控制精度,增强系统的鲁棒性,削弱普通滑模控制存在的高频抖振现象。     

用变速磨削法抑制颤振生长速度的试验研究

本文采用变速磨削的方法进行了外圆切入磨削的抑振试验，设计出能有效地评价颤振生长过程的参数—颤振生长速度，在相同的条件下进行了恒速磨削与变速磨削颤振生长速度的对比分析，充分证明了变速磨削的抑振作用，为变速磨削的实际应用提供一种新方法。     

模糊变机构控制在蛇型弯管机中的应用

基于弯管工艺的要求,对控制系统采用速度与位置双重控制策略;针对电液伺服系统非线性、慢时变的特性,在常规的变结构控制中引入模糊控制,有效地削弱滑模切换控制所产生的抖振,而不牺牲滑模控制系统对参数变化和外干扰不确定的强鲁棒性,实现了系统快速、准确的定位要求。该控制策略在实践中取得了良好的控制效果。     

交流永磁伺服系统的分数阶滑模控制研究

某型火箭炮交流永磁伺服系统的转动惯量、系统的模型参数以及外部干扰等,在火箭炮发射过程控制中是时变的,因此导致数学模型参数严重不确定,是一个典型的非线性、时变不确定系统。如何确保系统在如此恶劣的工况,依然拥有良好的性能,即具备较强的鲁棒性是控制领域的一大难题。现代控制理论中的滑模控制具有实现简单、鲁棒性强的优势,已经得到了广泛应用。但是对于抖振仍无能为力,该文将一种分数阶滑模控制策略应用到系统控制中,利用分数阶系统随时间缓慢衰减的特性减小抖振。实验结果表明,与常规PID控制器相比,该控制器可削减抖振,减小误差,同时具有较强的鲁棒性。