子结构消元法在结构动力系统奇异控制中的应用

建立了结构动力系统控制的数学模型,并进行了奇异控制问题的研究。基于计算结构力学与最优控制的模拟关系,给出了奇异条件下时段混合能的定义,进而采用于结构消元的一套方法推导了时段消元凝聚公式,并求解了连续时间奇异控制下的Ｒｉｃｃａｔｉ方程,给出了相应的例题。     

结构动力系统的最优控制问题

由结构动力系统的微分方程建立起了动力系统控制的数学模型, 然后基于计算结构力学与最优控制的模拟关系, 用结构力学中的子结构消元法求解了Riccati方程, 从而确定了动力系统的最优控制律。数值例题说明了文中方法的有效性。      

飞行器再入机动制导的一种新方法

基于飞行力学的原理，建立了飞行器攻击地面目标的运动方程，进而运用计算结构力学与最优控制的相似性原理，将求解Ｒｉｃｃａｔｉ方程的一种新方法引入飞行器再入机动制导问题中。由于采用的是结构静力学中的子结构消元法，从而避免了本征值问题的求解。该方法大幅度地提高了计算速度，同时具有很好的数值稳定性，计算结果表明该方法的有效性。     

转子连接结构力学特性稳健设计

针对航空发动机转子结构具有质量/刚度分布不均匀、界面连接和承受大弯曲载荷等结构力学特性,分析了转子连接结构力学特性与界面接触状态之间的关联性,提出适用于工程设计的连接界面滑移和摩擦-疲劳损伤程度的界面接触状态、应变能和摩擦功等定量评估参数。建立了基于连接界面变形协调和转子应变能分布控制的转子连接结构力学特性稳健设计方法。结果表明:通过对转子结构几何特征参数进行优化,提高了连接界面在离心载荷作用下的变形协调性,改善了在工作载荷下转子弯曲应变能分布,可以减少连接界面摩擦-疲劳损伤,从而降低连接结构力学特性对载荷环境的敏感度,保证转子结构力学特性稳健。以高速转子系统中连接结构为例,通过仿真计算验证了带有界面连接的转子连接结构力学特性稳健设计的有效性。     

自适应桁架结构振动控制中主动构件的最优配置

主动构件的最优配置对于自适应桁架结构的设计和振动控制十分重要。为了确定主动构件在自适应桁架结构中的配置,通过引入闭环模态耗散能因子概念,来评价主动构件在结构振动阻尼控制中引入的结构模态主动阻尼的相对大小,由此建立主动构件配置多目标优化问题,并通过一平面自适应桁架结构优化数值计算,说明了该优化配置方法的正确性和有效性     

基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制

 随着现代飞机液压系统向高压、大功率方向发展，周期性流体脉动更容易在液压能源系统中产生流固耦合振动，导致液压管路疲劳破坏。针对被动式流体脉动抑制方法不具备自适应性、对低频脉动抑制效果差等缺点，提出了基于旁路溢流原理的流体脉动主动控制方法，即在与能源主管路连通的分叉管路上安装压电陶瓷驱动伺服阀主动消振器，通过主动消振器的溢流产生次级脉动波与主管路中原有压力波相互抵消，使管路中流体脉动减小。并针对流体脉动周期性特点，提出一种在线频率估计的自适应前馈控制方法，利用参考传感器测量泵源脉动信号，在线获取脉动频率，并以此频率构造控制器的参考输入信号，实现对流体脉动的主动控制。为验证所提方法的有效性，设计了主动消振实验平台。实验结果表明，所提出的脉动主动控制方法具备很强的自适应性，能对流体脉动进行很好的抑制。     

机敏支撑结构的振动主动控制

 机敏结构是具有传感和执行双重功能的结构形式，无需外界帮助可自适应调节其状态。通过机敏结构建立了三维支撑结构的振动主动控制系统，利用Hamilton原理和变分法中的Euler公式导出了压电机敏结构的离散控制方程，采用加速度反馈实现了支架的振动主动控制。     

大型柔性空间结构的变结构模型参考自适应控制

将变结构控制与模型参考自适应控制相结合,应用于大型柔性空间结构(LFSS)的主动控制中。以LFSS的结构动力学变量为系统状态,建立了变结构模型参考自适应(VSMRAC)耦合主动控制系统,研究了高阶参考模型和滑态参数矩阵的选择方法。以对称型两板轨道空间站为例,进行了VSMRAC主动控制系统的数字仿真,结果表明VSMRAC系统在鲁棒性、快速性和工程可实现性方面具有优越性。     

主动式弹支干摩擦阻尼器控制转子振动的实验

设计了一种主动控制式弹支干摩擦阻尼器.实验研究了该主动控制式弹支干摩擦阻尼器对转子减振的效果.实验发现,通过选择合适的控制方案,主动式弹支干摩擦阻尼器能够对转子振动进行有效控制,减振效果明显.另外,实验表明,主动控制式弹支干摩擦阻尼器结构简单,易于施加控制,功耗小,将是一种很有应用前景的转子主动减振结构.      

主动侧杆操纵的人机特性评价方法

建立了一种主动侧杆的人机系统控制模型,基于Hess的结构驾驶员模型,提出一种研究主动侧杆引导方式下,人机闭环飞行品质评价及PIO预测的方法,并与试验结果进行比较,以验证其合理性.用该评价和预测方法,进一步分析了主动侧杆在反馈俯仰角和俯仰角速度的构型下对飞行品质的影响.结果表明,主动侧杆反馈参数与被控对象特性密切相关,对于难以控制的被控对象,主动侧杆反馈俯仰角速度能取得更好的效果.     

跟踪问题最优控制律精细积分

构成有限时间最优跟踪系统的控制律需要求解 Riccati微分方程及外部控制输入向量满足的微分方程 ,前者是非线性矩阵微分方程 ,后者是变系数线性微分方程。在结构力学与最优控制的模拟理论基础上所发展的精细积分方法借鉴了计算结构力学中的算法 ,可以精确有效地求解这些微分方程。这种方法的特点之一在于步长幅度变化较大时 ,Riccati微分方程的数值解仍可以保持很高的精度 ,并且变系数线性微分方程的求解亦可纳入其体系而不必用通常的差分方法。本文介绍了用精细积分方法求解这些方程的过程 ,并给出了数值算例。     

移动质心再入飞行器建模及自抗扰滚动控制

基于移动质心滚动控制方案,研究了其动力学系统建模和非线性耦合系统控制的问题。不同于移动质心控制系统建模中常用的牛顿力学建模和常规拉格朗日建模法,采用准坐标形式的拉格朗日法建立了完整的系统动力学方程,避免了牛顿力学中复杂的相互作用力分析和常规拉格朗日建模法物理意义不明确的缺点。鉴于移动质心滚动控制系统的非线性、耦合性和时变性,提出把系统的非线性耦合项和外部干扰统归为未知扰动,并采用自抗扰控制(ADRC)技术进行估计和补偿,相对于常用的比例微分(PD)控制,自抗扰控制器能更好地适应系统参数的变化,具有很强的鲁棒性。最后,通过数学仿真验证了整个控制方案的可行性。     

加筋锥壳结构分析

本文将壳体微分方程的数学解算过程与其解的物理意义联系起来,结合结构力学中的力法概念,使求解的微分方程分成两组比较简单的形式;一组只求膜解,另一组只求齐次解。这种思路对于一般形式的薄壳均适合。因为锥壳在工程上应用最广,故本文以锥壳为例,列出了锥壳在各种常见的荷载下的计算公式,并应用上述的概念来解算组合锥壳的问题,使原来十分复杂的问题大为简化。     

DD3 单晶粘塑性损伤本构模型研究

介绍了建立DD3单晶高温合金本构模型的理论和过程,详细推导了DD3单晶损伤演化方程,简要分析了模型的组成和特点。简单讨论了模型材料常数的标定方法,具体标定了950℃下的模型材料常数。给出了模型的预测结果和试验结果的对比曲线,从中看出,该模型能够较准确地描述DD3单晶的力学行为特点,可望用于单晶叶片的结构分析。     

基于概率疲劳的结构耐久性分析方法研究

从概率疲劳和概率断裂力学角度出发,以结构细节疲劳特征强度为基础表示结构的疲劳特性,给出了结构细节疲劳特征强度随裂纹长度变化的数学表达式,对整个Ｓ Ｎ曲线的特征作了更深入的探讨,为基于概率疲劳角度进行耐久性分析奠定了基础。     

一个三角机翼模型的颤振主动抑制研究

本文用假想的结构修正法和乃氏判据法对一个三角机翼模型的主动颤振抑制系统进行了控制规律的设计。在精确地确定型态结构参数、电液舵机的传递特性和对传感器位置进行正确选择的基础上,利用简单的、不同的控制规律,使最低的临界颤振速度提高了23％。并与风洞试验结果达到很好的一致。     

本构关系对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响——一维弹性损伤情况

许多工程材料当变形超过某一极限时由于损伤都会出现应变软化行为。首先从非局部理论出发,推导了应变梯度损伤本构方程;然后利用一阶拟线性偏微分方程组的特征理论,在一维弹性损伤情况下分析了两种不同的本构模型,即 Kachanov损伤本构方程与应变梯度损伤本构方程,对连续介质损伤力学基本方程适定性的影响。结果表明,当损伤发展时,与 Kachanov损伤本构模型相关的连续介质损伤力学的基本方程是不适定的;而与应变梯度损伤本构模型相关的,则无论损伤是否发展,其基本方程始终是适定的。这说明在连续介质损伤力学的本构方程中必须考虑材料内部微结构的尺度效应。