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。     

基于x-LMS算法的直升机主动消振电力作动器系统研究（英文）

直升机前飞时,气动环境会导致不同方位角的桨叶出现气动载荷的瞬间不对称,通过基础结构传递会在机身形成大幅度的低频振动。为了消除多方向幅值变化的振动力,利用结构响应主动控制原理,设计了基于x-LMS算法的主动消振电力作动器系统,并进行了减振实验。首先,通过比较确定了单台作动器中两台电机同向旋转的方案。通过两台作动器的组合使用,推导出输出力的数学模型。其次,采用负载相位差交叉耦合的控制策略设计系统控制框图。针对存在耦合的相位外环,通过回差阵特征值法确定满足系统稳定裕度要求的参数范围,再根据灵敏度函数和输入跟踪性能在所得的参数稳定域内寻找最优解。然后,提出了基于x-LMS算法的直升机主动振动控制系统,并通过仿真验证了该系统的减振效果。最后,研制的实验样机进行了动稳态实验以及减振实验,验证了系统的实际减振效果。     

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。     

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。     

风洞试验中的压电振动控制

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...     

主动式惯性作动器特性研究

研究一种在主动式动力吸振器的基础上发展起来的主动式惯性作动器，它具有简化设计的优点，文中将自适应优化设计方法用于主动式惯性作动器，克服传统设计方法的若干缺陷，研究结果表明，采用本文方法设计的这种这动器在许多方面有其特点与优点，尤其是对各种类型的外扰，外扰的频带以及作动器内不同的对中弹簧刚度等都有较强的适应能力，达到有效减振的效果。     

压电固体作动筒及其在结构中的应用

建立了大位移压电固体作动筒（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｉｎ ａｃｔｕａｔｏｒ, ＰＺＴ ＩＳＡ）的动力学模型。探讨了压电固体作动筒在结构应用中的力学驱动模型,研究了压电作动筒和结构之间的驱动传递关系,以及在结构应用中获得最大输出位移和最大作用力的匹配关系;研究了利用压电作动筒驱动直升机伺服襟翼的一种初步构想以及机械放大机构,用于替代现有的液压装置,对旋翼进行主动减震降噪。同时在不同的频率及负载下,对压电作动筒的驱动性能进行了实验,并作了讨论。结论表明：利用压电作动筒作为直升机伺服襟翼控制的驱动器件,可以实现对伺服襟翼的主动变形及振动控制。     

发动机短舱声衬结构声振等效转换试验研究

基于载荷对结构造成响应的等效性机理,针对发动机短舱声衬结构开展声激励和振动激励的等效转换试验研究:应用载荷响应等效理论,分别进行声衬结构的噪声和振动试验,测试并计算其结构响应,给出了声衬结构在声激励和振动激励下的等效转换关系。试验研究能够有效改善试验的真实性,指导后续试验研究工作,具有良好的工程应用价值。     

检测斜拉索张力的振动法及其应用

介绍了检测斜拉索张力的振动方法,并结合现场测试工作讨论了索力测量系统的硬件和软件设计。针对环境随机激励下斜拉索的低阶自振频率不容易识别的问题,研究了瞬态激励的检测试验方案和检测技术。工程实际应用表明:振动法检测斜拉索张力简便实用,所需仪器设备极易携带,检测结果可靠、精度高,且能满足工程应用要求。     

智能材料结构在民用上的应用

主要介绍智能材料结构在民用中的最新研究进展及其在民用方面的一些实际应用。首先介绍光纤传感器在土木工程中的应用，接着叙述建筑及桥梁结构的主动控制及采用信息调整公路实现远地监测的智能民用结构。智能材料结构具有广泛的应用前景，这一新技术在民用上的应用研究也正在不断深入，相信不久的将来，这一技术会在越来越多的实际民用场合发挥优势。     

Stick-Slip Tower-Shaped Piezoelectric Actuator

Since stick-slip actuators present the advantage of allowing long displacements(several centimeters or even more)at a high speed with an ultra high resolution(5nm),a new type of stick-slip piezoelectric actuator is proposed to attain sub-nanometer positioning accuracy.The actuator is composed of a slider and a tower-shaped stator using forced bending vibration in y-z plane to generate tangential vibration on the top of the driving foot.When excited by the sawtooth input voltage,driving foot of the stator is able to generate a tangential asymmetrical vibration on the top,and the slider is thus pushed to move.A prototype and its testing equipment are fabricated and described.Following that,the testing of vibration mode and mechanical characteristics as well as stepping characteristics are conducted.Experimental results show that under the condition that the sawtooth input voltage is400VP-Pand the pre-pressure is 6N.Velocity of the actuator reaches its maximum 1.2mm/s at the frequency of 8000 Hz and drops to its minimum 35nm/s at the frequency of 1Hz.When the excitation signal is the single-phase sawtooth stepping signal,the tower-shaped actuator can directionally move forward or backward step by step.And when excited by the sawtooth stepping signal with 1Hz and 300VP-Pduring 1cycle(200ms),the actuator has a minimum stepping distance of 22 nm.     

电磁控制涡激振荡的实验研究

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁场产生电磁力可有效改变流体边界层及尾涡结构。本文以减振为目标,对电磁力控制涡激振荡进行了实验研究。实验在转动水槽中进行,通过吊杆将装有电磁激活板的圆柱插在槽内液体中。吊杆上的应变片用于测试圆柱的升力,注入适当的染料用来显示流场。结果表明:对称电磁力作用下,脱体涡被抑制,从而使升力的振荡受到有效抑制,进而抑制圆柱的振动,双排方向相反的涡变为单排正负交错的涡。当电磁力足够大时,圆柱的振荡被完全消除,流场达到定常。     

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。     

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。     

Variational Mode Decomposition for Rotating Machinery Condition Monitoring Using Vibration Signals

The failure of rotating machinery applications has major time and cost effects on the industry.Condition monitoring helps to ensure safe operation and also avoids losses.The signal processing method is essential for ensuring both the efficiency and accuracy of the monitoring process.Variational mode decomposition(VMD)is a signal processing method which decomposes a non-stationary signal into sets of variational mode functions(VMFs)adaptively and non-recursively.The VMD method offers improved performance for the condition monitoring of rotating machinery applications.However,determining an accurate number of modes for the VMD method is still considered an open research problem.Therefore,a selection method for determining the number of modes for VMD is proposed by taking advantage of the similarities in concept between the original signal and VMF.Simulated signal and online gearbox vibration signals have been used to validate the performance of the proposed method.The statistical parameters of the signals are extracted from the original signals,VMFs and intrinsic mode functions(IMFs)and have been fed into machine learning algorithms to validate the performance of the VMD method.The results show that the features extracted from VMD are both superior and accurate for the monitoring of rotating machinery.Hence the proposed method offers a new approach for the condition monitoring of rotating machinery applications.     

挤压油膜阻尼器失效问题的实验研究

描述了对挤压油膜阻尼器的减振特性实验，双稳态区域实验和减振失效边界实验。结果证明：《挤压油膜阻尼器失效边界探索》一文中作出的双稳态区域图和减振失效边界图是正确的，具有满意的工程实用精确度。     

一种基于波形弹簧的空间驱动机构轴承预紧力研究

基于波形弹簧提出了一种针对空间驱动机构角接触轴承的预紧力方法;文中对波形弹簧进行了设计,对波形弹簧进行了常温、耐压后、高低温刚度试验,验证了波形弹簧刚度的稳定性;然后将波形弹簧安装在驱动机构中,使用压力传感器监测波形弹簧施加在轴承上的预紧力;最后将驱动机构连同波形弹簧、压力传感器进行了高低温试验。试验表明,该种方式对轴承施加的预紧力,在高低温条件下性能稳定,具备一定的工程可行性。