主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅰ)--导论

本文是系列讲座的第一篇。针对工程中复杂结构的振动控制问题，本文以一个典型的航天结构为例，对振动控制一体化理论和技术的基本概念进行了介绍，以解决振动控制技术在复杂结构中实现的问题。对各种振动控制策略、控制材料和器件进行了讨论和比较，并对振动控制一体化策略实现中遇到的问题进行了分析，包括控制律中的鲁棒控制，作动器和传感器的优化配置问题，智能材料在振动控制中的应用，特别强调了杂交阻尼在结构减振中的重要作用。探讨了控制机理、优化设计以及智能结构的发展和研究目标，指出振动控制的研究必须与具体工程问题结合，强调试验的重要性，建议建立合作研究的标准化验证模型，促进振动控制一体化理论和技术的发展。     

风洞试验中的压电振动控制（英文）

风洞试验中常使用细长的悬臂支杆来支撑气动模型,但该支撑系统由于阻尼较低容易产生振动,从而限制了测试包线并影响数据质量。研究表明,通过使用基于压电作动器的主动式支杆阻尼器能有效抑制支杆振动。本文回顾了压电振动控制在风洞试验中的研究进展,包括主动阻尼器设计、控制方法设计和风洞应用3方面。首先分析主动阻尼器的不同设计方案及其减振原理;然后回顾用于主动阻尼器的控制方法,从经典控制方法(如PID控制)到各种智能控制方法;进一步总结主动阻尼器及其控制器在不同风洞中的实际应用,并评价其减振效果。最后,讨论风洞试验中的压电振动控制在未来发展中仍需要解决的问题。     

基于神经网络技术实现磁流变阻尼器对结构振动的优化控制(英文)

磁流变 ( MR)阻尼器是土木结构振动控制领域最有应用前景的半主动控制装置之一 ,但由于 MR阻尼器的高度非线性动特性 ,使得描述其逆向动特性的数学模型很难得到 ,即根据理想的阻尼力确定出 MR阻尼器所需的输入电压。然而 ,对基于 MR阻尼器的结构振动控制设计和仿真 ,这种反映阻尼力 -电压关系的逆向动特性模型是十分重要的。为此 ,本项研究针对 MR阻尼器的非线性特性 ,提出运用神经网络技术建立 MR阻尼器的神经网络模型来模拟其逆向动特性 ,神经网络模型的输出即为产生理想的阻尼力所需的输入电压。通过数值仿真结果探讨所提出的结构振动控制策略的适用性和有效性     

一类约束阻尼结构动力学建模及其应用

结构系统的劝控制是改善航天器动态特性的重要途径，本文分析了利用约束阻尼结构进行了振动抑制的基本方法，讨论了约束阻尼结构的动力学特性和有限元模型，作为应用实例，本文将约束阻尼结构应用于某大型航天结构，对比附经前后结构的试验莫大记结果，作为一种被动振动控制方法，对航天结构抑制是有效和可行的。     

基于旋转激励作动器的工程振动控制

介绍了振动主动控制中旋转激励作动器的概念,分析了旋转激励作动器的特点。旋转激励作动器具有易集成、低功耗等优点,适用于工程应用,且随着旋转运动的引入能够解决传统直线作动器存在的行程受限问题。对基于旋转激励作动器的振动控制技术在航天、交通运输以及土木工程等不同领域的实验研究及工程应用进行了阐述。最后展望了关于旋转激励作动器的主要研究趋势,以及潜在的应用领域。     

基于压电分流阻尼电路的悬臂振动控制方法

针对航天领域内广泛应用的大尺寸、高柔性结构存在的振动自由衰减速度慢的问题，为了防止振动对飞行器结构的功能造成影响或者破坏，设计了基于宏纤维复合材料（Macro Fiber Composite,MFC）压电分流阻尼电路的结构减振方法。在对压电片电学特性分析的基础上，对电路结构进行了设计和分析，并用阻抗分析法对电路参数进行了优化，其中采用浮地模拟电感实现了电路中所需的大电感。针对典型悬臂梁结构，采用仿真手段分析了压电分流阻尼电路的减振效果，并搭建试验系统进行试验验证，压电分流电路能够显著降低结构的振动幅值。     

磁流变阻尼器减振特性实验研究

以铝制圆筒自由梁为研究对象,建立了磁流变阻尼器振动实验系统,研究了磁流变阻尼器对结构振动特性的影响以及磁流变阻尼器的减振特性。比较了在有无磁流变阻尼器和阻尼器控制电压不同的情况下结构的频响函数,分别以正弦信号和随机信号对梁进行激励,测试了梁在阻尼器不同工况条件下的振动响应。研究结果表明:仅在较窄的频段内,磁流变阻尼器能够改变梁的振动特性,降低频响函数的幅值;在结构振动的低频区,磁流变阻尼器减振效果明显,在高频区对结构的振动响应影响不大。     

通用的前馈振动控制Simulink仿真系统及其应用

利用Simulink平台，建立一个基于自适应滤波技术的前馈振动控制的通用仿真系统，并对直升机结构响应主动控制进行仿真研究，为了模拟机体的力学特性以及旋翼对机体的激振作用，本文建立了一个带伺服液压惯性式作动器的自由一自由梁模型，并使之处于双频扰力作用下，对于该模型，采用了FIR、SIIR等滤波模型进行识别和控制。通过对不同控制模式和与之相适应的滤波算法的仿真研究，揭示其算法收敛性和收敛速度等特性。     

电磁式作动器与受控结构的耦合特性研究

本文分析了电磁式作动器与受控结构的耦合特性。以某典型电磁式作动器为例,建立了它与恒流输出功率放大器、恒压输出功率放大器配套使用时的数学模型,以及它与受控结构的耦合模型,研究了受控结构耦合作用下电磁式作动器的频率特性,计算结果与试验结果一致。另外,本文还推荐将恒流输出功率放大器与电磁式作动器配合使用。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅲ)--杂交阻尼

本文是系列讲座的第三篇,以智能材料组成的杂交阻尼为主,介绍有关杂交阻尼的研究成果。对杂交阻尼进行了分类,讨论和比较了各种类型的杂交阻尼,包括:阻尼层结构的配置、主动和可控约束层阻尼板的建模及性能比较;电流变和磁流变阻尼的基本概念及其在振动控制中的应用;可控压电传感阻尼的机理及存在的问题。讨论了杂交阻尼在航天结构中的应用前景及其主要研究课题。     

结构振动主动控制技术的现状与发展趋向

本文对结构振动主动控制技术的现状进行了评述,介绍了受控结构的模型降阶、溢出的产生和抑制方法,阐述了目前所采用的各种控制器的设计方法及在设计过程中应考虑的几个问题(例如:模型误差及溢出、传感器与作动器的类型和位置的优化选择、参数不确定性、时滞等)以及振动主动控制系统实现时所采用的各类作动机构,指出了振动主动控制技术的发展方向。     

结构振动控制中,被动构件的优化配置

本文建立了主被动一体化振动控制复合结构的一般运动方程,在此基础上,建立了主动与被动构件优化配置问题的模型,推导了闭环控制下结构模态阻尼比的求解公式,并以此为目标函数,实现了用模拟退火搜索算法求解主动、被动构件位置优化问题的过程。通过一个空间桁架算例,实现了多个粘弹性阻尼构件与层积式压压电堆构件杆的位置优化配置,分析讨论了被动阻尼控制对主动构件位置优化的影响。     

直升机振动主动控制中作动器的最佳布置研究

在振动主动控制技术中，作动器的位置对控制效果有着重要的影响，其先取是一个在可行集内确定一定数量的子集使其在给定的约束条件下性能指标达到最小的优化问题。它是一个离散的位置诉优化难以解决。遗传算法是求解这类优化问题的有效方法。文中没有 二进制码方法，而是采用了按作动器序号进行编码的方法，并提出了一种新的交叉变异方法，有效地解决了遗传算法中非二进制编码所产生的交叉操作和变异的困难。将该遗传算法求得的最优     

压电结构的控制-结构一体化设计

对于离散分布、同位配置压电片驱动器和传感器的压电耦合板，首先构造了四节点 Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ矩形板弯单元，从而建立了有限元模型。在此基础上，给出了主动阻尼振动控制模型。将系统的存留能量指标归结为一个 Ｌｙａｐｕｎｏｖ 方程的解。以系统的存留能量指标为适应度函数，以作动器和传感器的位置及控制增益为优化参数，利用基于共享函数机制小生境技术的遗传算法进行结构、控制设计。最后，对一悬臂压电耦合板进行了实例分析。结果表明，该方法是解决控制结构一体化设计的一种有效途径，可以得到多个最优解或次优解。     

某振动台大型转接夹具设计与振动特性计算分析

针对振动试验需求,对某振动台大型转接夹具进行设计及振动特性分析。夹具设计过程中,采用结构优化软件OPTISHAPE-TS进行优化设计,振动特性分析应用有限元软件Ansys开展。设计与分析结果表明,经优化设计的夹具,其振动特性自身满足设计要求;另一方面,当夹具与振动台动圈相连接组成动圈夹具整体结构后,整体结构的模态与夹具自身模态相比发生改变。研究结果对振动试验控制技术有所启示,并为类似夹具优化设计提供依据。     

阻尼控制技术及其在飞机起落架上的应用基理分析

首先介绍了飞机起落架阻尼控制技术的进展及分类,对被动控制阻尼器和半主动控制阻尼器的性能进行了对比分析。然后介绍了基于磁流变阻尼原理的半主动控制方法,并对磁流变阻尼器在飞机起落架的应用基理进行了分析。     

飞机座舱结构声的弹性波主动控制研究

研究通过控制飞机座舱结构振动的弹性波的传播来减少由振动产生的辐射噪声的方法。制作了飞机座舱原理性模型，分析了外界气动力作用下弹性振动传播的主要路径，确定了压电元件的布置方案。利用弹性波控制的基本思想，采用IIR自适应滤波嚣识别被控通道的特性，实现对座舱结构振动的前馈控制，以抑制其辐射噪声．进行了不同单频激励下的振动和噪声控制试验，并测量了控制前后的振动和噪声。结果表明，控制后振动和噪声衰战了10dB以上。     

结构振动控制中主、被动构件的优化配置

本文建立了主被动一体化振动控制复合结构的一般运动方程,在此基础上,建立了主动与被动构件优化配置问题的模型,推导了闭环控制下结构模态阻尼比的求解公式,并以此为目标函数,实现了用模拟退火搜索算法求解主动、被动构件位置优化问题的过程。通过一个空间桁架算例,实现了多个粘弹性阻尼构件与层积式压电推构件杆的位置优化配置,分析讨论了被动阻尼控制对主动构件位置优化的影响。     

挤压油膜阻尼器支承的转子系统的非线性振动

分析了一个3质量转子一阻尼器系统的非线性振动特性。该系统是由一个带对中弹簧的挤压油膜阻尼器支承的。研究表明，当不平衡或供油压力或挤压油膜阻尼器的静偏心比增大时．由于油膜力的非线性特性，将引起施加在系统上的阻尼增大。相应地，阻尼的这一增大引起了系统共振位置的大幅值漂移。在设计阶段，必须等虑这一因素以适当地选择参数。实验结果验证了分析结果。     

基于控制分配器的可重构飞行控制系统研究

今天的飞机，使用硬件余度方法无法恢复关键舵面缺损所造成的严重故障。可重构技术利用多舵面的空气动力余度，可以将失效舵面的控制效果分配给别的舵面，消除了故障舵面的影响。本文针对飞机控制舵面／作动器故障，推导出了基于控制分配器概念的可重构飞行控制系统算法，并分析了飞行控制系统结构对飞机气动力余度大小的影响，讨论了重构算法的重构特性。理论分析和仿真验证表明，在控制舵面／作动器产生一定水平故障时，这种方法可以保证飞机满足一定飞行品质的安全飞行。