利用压电主动构件进行空间桁架结构的振动控制(英文)

主动控制是增强结构设计鲁棒性、提高结构性能的一种有效方法。本文利用在空间桁架结构内部配置的压电主动构件作为控制执行元件,进行了结构的主动阻尼控制实验,获得了较好的阻尼控制效果.首先设计了一种用于桁架结构控制中的压电堆式主动构件,并对其进行了实验研究,然后采用直接速度反馈控制策略,实现了结构的主动阻尼控制。文中还引入模态耗散能因子的概念,讨论了主动构件的优化配置问题.通过实验比较了空间桁架结构开环和闭环时的振动响应,说明了文中所述方法的有效性.     

柔性机械臂的模糊自适应控制研究

提出了一种用于柔性机器人操作臂控制的模糊自适应控制策略。由于柔性臂的结构特点，在进行其操作臂的控制研究时，必须考虑系统的振动特性才能达到末端的高精度控制。本将拉格朗日法和假设模态法相结合，建立了单自由度柔性臂系统的动力学方程，提出了一种模糊自适应控制策略。在柔性操作臂末端带有不同载荷的情况下，分两种类型进行了控制仿真实验：定位控制和轨迹跟踪控制。仿真结果与传统的PD控制仿真实验结果相比较，表明模糊自适应控制器在轨迹跟踪和系统的振动抑制方面反映出更好的稳定性和鲁棒性，适用于柔性机械臂系统的动力学控制。     

基于PT和MFC的飞机垂直尾翼振动主动控制

首先基于压电陶瓷变压器PT(Piezoelectric transformer)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高、体积小、重量轻等优点.与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化.然后以飞机垂直尾翼模型为控制对象,选用了压电纤维复合材料(Micro fiber composites,MFC)和(Piezoelectric transducer,PZT)作为驱动器,实现了对模型两阶主要振动模态的主动控制.实验验证所设计的开关功率放大器的可行性,最后对MFC和PZT的驱动性能进行了对比.     

ACTIVE VIBRATION CONTROL OF A CANTILEVER BEAM USING PIEZOELECTRIC SENSORS AND ACTUATORS

讨论了利用压电片作为传感器和驱动器对悬臂梁进行主动振动控制问题，针对模态频率差距较大的系统，提出了分组建模和控制的方法。使用滤波器消除观测溢出。文中还讨论了传感器／驱动器配置问题。实验结果验证了所述方法的有效性。     

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。     

具有多点反馈的可控约束层阻尼

讨论了具有可控约束阻尼结构的多点杂交阻尼控制问题,建立了弹性,粘弹性和多个压电片组成的多层复合梁的偏微分方程线,通过模态转换和应用粘弹性材料的振子模型对模型进行减缩。以实际中可测量量作为反馈量进行次优控制,数值模拟说明,提出了控制方式抑制振动效果好,控制电压低,易于实现。     

基于神经网络的风洞尾支杆减振系统

风洞试验时,由于气流的影响,测试用悬臂式尾支杆容易产生大幅度低频振动,这会严重影响测试精度,甚至损坏自身结构。为了有效抑制尾支杆的振动,本文设计了基于压电组件的主动减振系统,并将人工神经网络应用于PID控制,提出了神经网络PID智能控制算法。对尾支杆进行有限元分析,获取其模态参数。然后设计试验测试减振系统的性能,将神经网络PID与经典PID的控制效果进行对比。试验结果表明:在连续载荷的作用下,采用经典PID控制算法与神经网络PID均可达到有效控制(减振幅度70%以上),且神经网络PID在保证减振效果的情况下实现控制参数自整定,具有良好的鲁棒性。     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

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。     

在主减速器斜撑杆上安装压电叠层作动器的直升机主动隔振

采用安装在主减斜撑杆上的压电叠层作动器建立了直升机主动隔振系统。基于压电材料本构关系推导了压电叠层作动器的驱动方程,建立了压电叠层作动器驱动的主减主动隔振系统动力学模型。采用了自适应滤波控制方法,通过最小均方算法实现了自适应控制。直升机主动隔振仿真实验表明了该系统具有高效的隔振效果。     

基于加速度测量的智能桁架结构振动主动控制

加速度传感器具有频带宽、结构简单、重量轻等优点而获得了广泛使用，因此研究基于加速度测量的结构控制系统具有较大的实用价值。文中的只能获得加速度时，采用模态滤波器技术实现从物理加速度响应解耦得到单模态加速度的响应。然后改变Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒ观测器的结构形式，从模态加速度响应观测得到模态们移和模态速度响应。基于模态滤波器和最优控制理论，采用独立模态空间控制策略，实现了具有密集模态的三维柔性智能桁架结构     

基于模态滤波器的智能空间桁架结构独立模态控制方法

采用现代模态滤波器技术和最优控制理论和研究智能空间桁架结构的独立模态空间控制方法。仿真结果表明，按本文提出的控制策略，完善地解决了传统ＩＭＳＣ控制中的状态解耦问题，从而使ＩＭＳＣ方法不再局限于简单，低自由度数的结构动力控制，对于智能空间结构，实施ＩＭＳＣ方法也是可行并且有效。     

Robust Adaptive Attitude Maneuvering and Vibration Reducing Control of Flexible Spacecraft Under Input Saturation

A robust adaptive control scheme is proposed for attitude maneuver and vibration suppression of flexible spacecraft in situations where parametric uncertainties,external disturbances,unmeasured elastic vibration and input saturation constraints exist. The controller does not need the knowledge of modal variables but the estimates of modal variables provided by appropriate dynamics of the controller. The requirements to know the system parameters and the bound of the external disturbance in advance are also eliminated by adaptive updating technique. Moreover,an auxiliary design system is constructed to analyze and compensate the effect of input saturation,and the state of the auxiliary design system is applied to the procedure of control design and stability analysis. Within the framework of the Lyapunov theory,stabilization and disturbance rejection of the overall system are ensured. Finally,simulations are conducted to study the effectiveness of the proposed control scheme,and simulation results demonstrate that the precise attitude control and vibration suppression are successfully achieved.     

Countermeasure Against Regenerative and Forced Chatter of Flexible Workpieces in Milling Processs Using Bi-directional Excitation

A novel extended methodology for chatter suppression in milling process by applying external forced vibrations to the workpiece in two orthogonal directions which are the feed and cross-feed directions.Both the regenerative and forced chatter suppression during the milling process of flexible workpieces are investigated.Here,the workpiece is subject to a sinusoidal periodic force in the feed direction to disrupt the regenerative effect.Additionally,to minimize the forced chatter,the workpiece is subject to the periodic excitation force in cross-feed direction.This force is proportional to the magnitude of the estimated cutting force in cross-feed direction and has a phase opposite to the cutting force to minimize the vibration amplitudes.The effectiveness of the proposed method is evaluated numerically and experimentally,for the spindle speed located in both the local minima and local maxima of the stability lobe diagram.The numerical simulations indicate significant suppression effect in terms of vibration amplitudes,resulting in suppression of both the regenerative chatter and the forced chatter.Experiments were conducted by using a workpiece-mounted active stage composed of flexure hinges and driven by piezoelectric actuators.The experimental results agree qualitatively with the numerical simulations.The proposed method indicates a remarkable vibration reduction effect for both regenerative and forced chatters.     

Robust Adaptive Attitude Maneuvering and Vibration Reducing Control of Flexible Spacecraft with Prescribed Performance

A robust adaptive control scheme with prescribed performance is proposed for attitude maneuver and vibration suppression of flexible spacecraft, in which the parametric uncertainty, external disturbances and unmeasured elastic vibration are taken into account simultaneously. On the basis of the prescribed performance control(PPC)theory,the prescribed steady state and transient performance for the attitude tracking error can be guaranteed through the stabilization of the transformed system. This controller does not need the knowledge of modal variables.The absence of measurements of these variables is compensated by appropriate dynamics of the controller which supplies their estimates. The method of sliding mode differentiator is introduced to overcome the problem of explosion of complexity inherent in traditional backstepping design. In addition,the requirements of knowing the system parameters and the unknown bound of the lumped uncertainty,including external disturbance and the estimate error of sliding mode differentiator,have been eliminated by using adaptive updating technique. Within the framework of Lyapunov theory,the stability of the transformed system is obtained. Finally,numerical simulations are carried out to verify the effectiveness of the proposed control scheme.     

设计灵敏度分析的迭代模态法

在结构动态有限元数学模型修正、结构动力学修改以及结构动态设计中，灵敏度分析是十分重要的一环，往往也是主要计算工作量所在。如何在保证精确度前提下减少灵敏度分析工作量和计算时间，具有重要意义．本文提出的迭代模态法，可以大大提高特征向量对设计参数导数（模态灵敏度）的计算效率。本文还从理论上证明经典模态法和修改模态法只是迭代模态法的特殊情况。文中还给出了ＦＯＲＫ，３Ｄ－ＦＲＡＭＥ两种结构为实例的计算机仿真，并与已有两种模态方法进行比较。理论分析与计算机仿真表明，本方法不仅能充分保证特征向量灵敏度分析的精度，而且大大提高了计算速度．     

基于封闭空间辐射模态的结构声有源控制(英文)

从辐射模态角度来研究封闭空间结构声的有源控制同题.导出了耦合封闭空间内的辐射模态,将封闭空间内的声势能解耦分解成互不影响的独立项,每项由一阶辐射模态单独形成;提出了以前G阶辐射模态的声势能作为控制目标的有源控制策略;给出了控制力的最优控制模型.对长方体封闭空间内结构声的有源控制仿真表明:一个控制力可以控制一阶辐射模态的声势能,而4个控制力控制前4阶辐射模态可以有效抑制低频范围内的声势能.     

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。     

CFM56-7B发动机叶片振动模态分析

以CFM56-7B发动机高压压气机第一级转子叶片为研究对象,讨论其模态分析理论,采用Pro/E建立实体模型,利用有限元软件ANSYS进行模态分析。通过数字模拟结果,分析其振动特性,讨论其在各工作点振动响应,从而为提高叶片动态特性,优化叶片检查和维修技术提供依据。