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。     

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.     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅱ)--组合控制

本文是系列讲座的第二篇，涉及组合振动控制的基本问题，重点介绍近几年的研究结果。包括：各种阻尼材料及其性能，筒型粘弹性阻尼器特性及设计方法，自由和约束阻尼层结构以及粘一弹性复合结构的分析，直线式压电作动器PZT-AM和TOKIN的特性、试验及设计；在此基础上，以空间桁架为例，讨论了组合振动控制实现问题，涉及动力学特性分析和试验，用评价函数描述被动振动控制参数对主动振动控制的影响，作动器和阻尼器的优化配置等。从工程应用角度，本文指出应当建立相应的数据库，用来指导结构设计。     

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。     

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。     

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。     

小卫星舱体结构粘弹性阻尼减振优化设计

航天器发射段动环境恶劣,需要考虑对结构进行阻尼减振设计。小卫星内部空间狭小,结构轻质化要求高,须采用自动优化设计方法进行阻尼处理敷设位置和几何参数同时优化。针对小卫星结构阻尼减振的要求,分析了初始无约束阻尼结构的动力学特性,确定出约束阻尼处理的部位;提出一种基于Layerwise有限元分析和多目标优化的粘弹性阻尼结构优化设计方法,采用非支配遗传算法求解优化问题,获得了同时兼顾附加质量和阻尼性能要求的优化结果。结果表明,对小卫星舱体安装结构进行局部粘弹性阻尼处理能够显著降低敏感设备的动响应,提出的优化方法能够同时实现阻尼敷设位置和几何参数的同时优化。     

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。     

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     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

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。     

结构响应主动控制的时域与频域实现

结构响应主动控制技术是结构振动主动控制的一种新方法，并由于其具有直接以结构振动响应为目标，概念简单、实现容易和采用前馈控制、没有系统稳定性问题等优点而日益受到重视。本文评述了结构响应主动控制的基本原理、特点及控制系统的基本组成，并对两种最基本的实现方法－时域法和频域法的基本思想、适应能力、及实现难易程度等方面进行比较分析，指出时域法在适应能力、适用范围和应用潜力上优于频域法，但在实现上对硬件的计算     

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。     

基于被动隔振平台的振动主动控制研究

通常机组设备工作所处可适应振动工况不尽相同,针对振动噪声敏感程度不同设备应采取不同减振设计方式,同时应考虑在同一被动减振平台设备之间存在振动相互干扰问题。本文针对已存在大型被动减振平台上对振动环境敏感型精密设备展开二级振动主动控制减振系统设计,提出一种在被动隔振平台基础上进行振动主动控制的减振方式。通过对控制算法的仿真研究,建立阻尼弹性减振平台系统模型仿真研究,及基于被动隔振平台的振动主动控制试验研究等,验证该减振方式能够实现有效减振。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(IV)——主动结构和智能结构

本文是系列讲座文章的第四篇,介绍了主动结构和智能结构的基本概念,以及目前的研究现状。讨论了线性主动结构的基本概念,给出了模态及其基本属性;重点介绍了有限元的建模方法;考虑建模的不确定性,讨论了不确定性的表示方法及振动鲁棒控制问题;针对航天结构的复杂性,给出了优化问题的一般提法,介绍了遗传算法和模拟退火算法两种优化算法。最后引用了两个桁架结构的实例,说明主动结构或智能结构的有关问题。     

主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅳ)--主动结构和智能结构

本文是系列讲座文章的第四篇,介绍了主动结构和智能结构的基本概念,以及目前的研究现状.讨论了线性主动结构的基本概念,给出了模态及其基本属性;重点介绍了有限元的建模方法;考虑建模的不确定性,讨论了不确定性的表示方法及振动鲁棒控制问题;针对航天结构的复杂性,给出了优化问题的一般提法,介绍了遗传算法和模拟退火算法两种优化算法.最后引用了两个桁架结构的实例,说明主动结构或智能结构的有关问题.     

线性多变量系统闭环特征结构的最优配置

本文利用特征结构配置法所揭示的线性多变量反馈控制系统闭环特征值和特征向量的配置自由度,求解具有二次型性能指标的控制系统设计问题,使得闭环系统在具有任意给定的希望特征值集合条件下,性能指标达到极小。文中建立了最优二次型性能指标与闭环特征结构的关系,提出了逐个优化特征向量的算法,这一算法概念直观并具有较高的运算效率,可以推广到一般的特征结构优化问题。     

典型结构振动控制的机理和特点

目前,随着科学技术的进步,传统的结构与环境载荷间的被动控制关系已不能满足需要,又增添了现代主动与半主动控制关系。本文通过单自由度隔振系统和耗散功的概念,说明传统被动与现代主动和半主动控制结构振动及隔振的机理,还就它们的一些特点作了比较。     

桁架结构主被动振动控制的时间延迟分析与预估计补偿法

时间延迟是实时振动控制迫切需要解决的问题,以主被动控制组合式桁架结构为研究对象,分析了延迟对实时控制的影响,论述了延迟时间的测定,提出了一种有效的延迟补偿方法。通过一个平面桁架算例验证了该补偿方法的有效性,定量分析了相位滞后与控制效果的关系。     

结构非比例阻尼矩阵的建模和识别

阻尼是结构动力学分析的重要参数，对阻尼矩阵的估计一直是动力学建模的难点。通常的做法是假设结构中的阻尼满足某种数学模型，然后利用实验数据对模型参数进行识别。本文针对目前工程上普遍接受的非比例阻尼模型——Liang模型，在粘性阻尼振动系统的实空间解耦方法的基础上，通过类似于矩阵Kronecker积和列展开的方法，建立了非比例阻尼矩阵的识别方法及在实验模态不完备情况下的数值迭代算法。文中算例表明了本文方法是正确和可行的。