振动控制系统中几种范数及其应用研究

阐述了描述振动系统特性的几种范数。重点讨论了H2和H∞范数各自的特点及它们在振动控制中的物理含义及相关用途。分析了系统H∞范数的计算方法,并提出了一种优化算法。文中通过一个悬臂梁模型进行了仿真计算,验证了所提算法的正确性。研究表明,对于振动控制而言,从频带上来看,H2控制是同时抑制所有的共振峰,而H∞控制则仅抑制最大的共振峰。系统的H∞范数是诱导范数,它满足乘法特性,利用H∞范数可以方便地引入系统的非结构不确定性,进行振动控制系统的鲁棒性分析。     

第一部分 前言与基本定律

1.1 前言振动本质上是一种很实际的现象。尽管振动分析和理论已非常广泛,但是人们一般认为,在实践中实际遇到的振动问题要比能用理论予示的或阐明的振动问题要多得多。因此,振动特性的实验测量几乎在机械和结构振动的每一研究中都起着主要作用。     

用振动数据确定梁柱屈曲载荷

引言对某一特定结构,人们可以用简单的振动试验确定其固有频率。我们知道,在数学上固有频率是结构边界条件的函数;同样,临界屈曲载荷亦是结构支承边界条件的函数。有些结构需要现场制作或者在使用之前对它们的支承边界条件一无所知。这些情况常常希望用无损试验预示使用条件下的屈曲载荷。对于笨重的结构,作静力或屈曲破坏试验有困难,而作固     

系统级振动试验响应控制值的确定

运载火箭研制过程中,在进行系统级振动试验时,个别支架上少数仪器安装处的振动过大,通不过。对于这一问题,我们认为应从两个方面解决:一是从环境的角度,看一看有无潜力可挖;二是支架本身的结构考虑是否需要改进。这里仅就环境条件作一讨论。在进行振动试验时,按目前的正弦扫描试验方法,支架在共振点显然存在严重的过试验。现在的问题是:要在已有的振动试验条件和产品结构的基础上,来改善过试验,而不是全部推翻已有的振动条件和产品结构,重新开始。解决这一问题的思路是:从已有极少试验实测数据作统计分析(目前已具备这一条件),考虑可靠性因素和支架放大系数,对支架上仪器安装部位的共振点响应值进行控制,在目前可能的     

振动试验中常用水平滑台的结构、特点及应用

水平滑台是振动试验时将振动发生器的振动传递给试件的一种机械装置,是一个完整振动系统的重要组成部分。小型负载可直接装在振动台台面进行试验;较大或较重的负载则必须借助水平滑台。这是因为滑台可承受大负载,而且其安装较其他悬挂方式简便、可靠,节省时间。水平滑台的种类很多,最常用的有静压导轨式,油膜式和静压轴承-油膜式三种。下面分别说明上述三种滑台的结构、特点及应用。     

基于混合维云模型定性推理的调距桨螺距控制

云模型是采用期望值Ex，熵En和超熵He来描述定性概念的一种数学方法，它将定性概念所具有的模糊性、随机性有机地结合在一起，是实现定量与定性相互转换的一种新途径。文中阐述了定性概念的一维和二维云模型数学描述，提出了基于混合维云模型的混合推理方法、复杂控制规则的简化方法，设计了一种新型的智能控制器——云控制器，并将其应用于调距桨螺距控制过程中。仿真结果表明，该控制器简易、直观、控制性能良好、鲁棒性强，较常规模糊控制具有更好的控制品质。     

油膜滑台油膜厚度抗干扰能力的研究

油膜滑台是振动试验时将振动发生器的振动传递给试件的一种机械装置,是完整振动系统的重要组成部分。小型负载可直接装在振动台台面进行试验;较大或较重的负载则必须借助滑台。因为滑台可承受大负载,而且其安装方式简便、可靠,且节省时间。油膜滑台的设计具有许多关键因素,本文就油膜滑台油膜厚度抗干扰能力加以探讨。     

液体火箭Pogo振动蓄压器非线性仿真研究

本文针对液体火箭推进系统中的Pogo振动现象提出了一种非线性的仿真方法。传统的线性管路模型可以用来进行Pogo振动的稳定性分析;但直接用于振动过程的仿真时,却与实际发生的振动现象差别较大。这些稳定性分析方法中,蓄压器元件采用的是在工作状态附近线性化的模型,而本文从蓄压器中工作气体状态方程出发,建立蓄压器的非线性模型,并对管路和箭体结构耦合系统的状态方程进行了时域仿真。仿真结果表明非线性模型不仅可以反映出系统每个时刻的稳定性,而且可以再现Pogo振动失稳时发散和收敛的过程,特别是失稳时蓄压器处压力脉动变化的非对称特点。这些都非常符合Pogo振动的观察结果。     

TC4合金径向超声振动铣削切削力特征分析

在设计的径向超声振动铣削实验平台上,对TC4合金径向超声振动铣削的切削力特征进行了研究。建立了径向超声振动铣刀刀尖运动轨迹数学模型,并通过仿真分析发现,在主轴转速一定的情况下,每齿进给量是影响刀刃和工件周期性分离的主要因素,随着进给量的增大,刀具与工件分离程度变小,直至不能分离。设计了以每齿进给量为变量的单因素切削实验,发现在满足刀刃和工件发生周期性分离的条件下,超声振动辅助铣削的切削力明显降低,且其高频波动也比普通铣削小。通过对切削力随进给量的变化规律研究发现,在刀屑分离的范围之内,随着进给量的增加,超声振动辅助铣削时的切削力增加相对缓慢。当进给量超过两倍振幅后,切削力增加比较明显。但与普通切削相比,超声振动时的切削力仍然有一定的降低。     

直升机旋翼失衡特性分析

旋翼桨叶相互不平衡，是引起直升机附加振动的主要原因之一，减小桨叶间不平衡（本文称失衡）引起的直升机附加振动，工程上依据旋翼失衡诊断的方法，旋翼失衡诊断技术是正在研究的课题之一。本文针对旋翼失衡诊断技术中的旋翼失衡特性分析，应用叶素理论，导出直升机旋翼失衡情况下，桨叶的运动特性和引起的附加激振力特性的数学分析模型。为验证数学分析模型，对某旋翼试算了失衡下桨叶运动特性和附加激振力特性。结果表明，数字分析模型是合理的．本文为旋翼失衡特性分析提供了一种理论分析、计算方法。     

基于视觉测振和卷积神经网络的螺栓松动检测方法

螺栓松动故障的准确检测对于确保机械产品可靠性具有重要意义。为了解决现有的基于卷积神经网络（CNN）的检测方法所需的大量高质量数据难以在实际工程中获取的问题,本文提出了一种基于视觉测振和CNN的螺栓松动检测方法。通过视觉测振技术,从视频中的每一个像素点提取出振动信号,有效解决了CNN模型训练数据难以获取的问题,通过少量实测视频样本即可对CNN模型进行训练,并实现对螺栓连接状态的准确预测。本文通过一个对悬臂梁结构的敲击实验验证了所提方法的有效性。     

弹性基础上预应力任意四边形中厚板的横向振动

本文研究弹性基础上任意四边形中厚板在预加面内荷载作用下的横向振动问题。通过坐标变换将任意四边形区域映照到一个2×2的单位方板区域。用一组数学上完备的二元多项式作为位形函数,采用pb-2Ritz法求得板的自振频率。并通过算例考察了基础刚度参数、预加面内荷载、边界条件、横向剪切变形等对板振动特性的影响。     

基于极点配置法的梁振动主动控制理论与实验研究

基于频域的振动控制对于结构动力学十分重要,因此本文研究了一种基于极点配置法的频域振动主动控制理论.由于压电智能结构在振动控制领域具有令人满意的性能,并且宏观纤维复合材料(Macro?fiber compos?ite,MFC)具有高灵敏度和可变形性,本文使用MFC片并基于极点配置法设计控制方法,可以人为地设计梁的固有频率...     

ITD时域识别法和自由振动信息综合

研究了动力系统模态参数的ITD(Ibrahim Time Domain)识别法原理,指出它的实质在于自由振动函数列阵u(t)按模式以最小二乘拟合矩阵A和B。讨论了以虚拟站扩展有效测量站和设置过量待识别模态吸收测量噪声的细节。 提出了自由振动信息综合的概念。指出:在测量站位置和数量一定的条件下,不同来源的位移、速度和加速度自由振动时间历程或它们的时移后的时间历程的线性组合,都可以作为一个供识别计算用的“自由振动”。这样,在一次识别计算中,将可以充分利用手头有的一次或多次实测数椐,使模态参数识别更完全或提高信噪比。重点研究了一次自由振动数据的综合:自由振动信息随机减量,并提出设置一个新的用户选择参数NRNDEC(Number of Random Decrement Times)——随机减量次数。 提出了两种检验识别得的模态参数可靠性的方案:1.在实测自由振动信息中混入若干个人为的“检验模态”;2.模态分量因子识别和自由振动预计。前者是把计算机模拟识别试验成果用于实际识别的桥梁,很简单,但很直观,很有效。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术，用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征，从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算，建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM），仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平，并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

高层建筑物气动弹性模型风洞试验研究

本文主要研究了一高层建筑物气动弹性模型的动态响应特性。模拟对象为上海市的新锦江饭店。该建筑物高155.94米,长和宽均为32米,全钢结构。试验是在中国空气动力研究与发展中心低速所的1.4米×1.4米风洞中进行的。通过风洞试验,得到了该建筑物上的脉动压力、振动加速度和总体气动载荷。采用 SD-375动态分析仪进行了频谱分析和其它数学处理,获得了相应的统计函数。试验结果表明,不管风向如何,建筑物的最大动态响应总是与折算风速的幂成正比,对该模型来说,在风速相同时,横风响应值大于其它方向,设计时应予以考虑,从功率谱密度函数来看,其振动能量主要集中在建筑物的最低阶频率附近,高阶振型的影响可以忽略。     

对蜂鸣器振动规范的探讨

蜂鸣器是在调试仪表时消除迟滞阻尼的一种装置,在航天航空工业调试仪表中用得最多。蝉鸣器振动量级的大小对被调试仪表的精度影响很大,但多年来国内对蜂鸣器的振动技术规范一直不统一。阐述了各种蝉鸣器的基本原理,根据国内外飞机振动的测试结果提出了一种振动技术规范,经过试用效果良好。     

确定无约束梁耦合振型的一种途径

无约束梁耦合振动问题属于单柔体动力学问题,确定无约束梁耦合振型对于分析梁的振动性质具有重要意义。首先给出单柔体动力学的拟变分原理,然后分析无约束梁耦合振动的特点,应用单柔体动力学的拟变分原理建立了确定无约束梁耦合振型的一种途径。应用这种途径求解无约束梁耦合振动的奇数次振型和偶数次振型。最后,讨论了有关问题。     

动态失速风洞实验数据处理中的频谱分析与数字滤波

动态失速风洞实验是一种非定常实验,其测量所得数据属于随机数据范畴。由于强迫振动频率范围较大,要从中获得有效的实验结果,除了做固定截止频率的模拟滤波外,还必须对其进行数字滤波处理。数据的频谱分析结果表明只须对天平测量信号做数字滤波处理;滤波原则是仅需滤掉天平、支架、模型系统的固有振动频率分量,同时尽可能多地保留实验强迫振动的各阶谐振信号。     

自动带谷试验方法的研究

带谷正弦扫描振动试验,对于解决结构或设备在振动试验中所出现的过试验问题,是一个较为有效而易行的试验方法。本文介绍了用一台B＆K1026实现自动带谷正弦扫描试验的方法。对于具有两个以上控制通道的其他型号控制仪,也可用本文方法实现自动带谷试验。