结构半主动减震控制新体系的理论与试验研究

提出了结构半主动减震控制的一种新体系———半主动变刚度·阻尼控制系统 ,设计了控制装置 ,推导了控制系统的运动方程 ,提出了基于预测控制的预测瞬时最优控制算法 ,完成了结构模型振动台对比试验 .试验研究表明 ,结构半主动变刚度·阻尼控制系统及其控制算法是十分有效的 ,为该前沿技术的工程应用创造了条件     

结构主动变刚度控制中的若干问题

探讨了主动变刚度（AVS）控制算法中地震信息预测和控制性能指标选择等问题,并通过算例研究了主动变刚度控制的效能和相关的影响因素,如结构阻尼、时滞以及主动变刚度控制元件丰置等。结果表明：主动变刚度控制是一种易于工程应用的结构减震方法,通过合理措施,可达到经济、高效的目的。     

结构振动的变阻尼半主动遗传控制算法

提出结构振动的变阻尼半主动遗传控制算法、针对变阻尼半主动控制的特点,建立新的性能指标泛函,采用遗传控制算法直接在控制力解空间进行全局寻优,逐步搜索到满足变阻尼半主动控制约束拼使性能指标趋于最小的控制力,从而实现了结构振动的变阻尼半主动最优控制,算例仿真表明,采用变阻尼半主动遗传控制算法,控制效果明显,是一种 的结构振动控制策略。     

基于汽车平顺性的新型半主动悬架研究

通过对车身加速度的频域分析,对车身加速度均方值相应进行了公式推导,提出了一种新型刚度和阻尼皆可变的半主动悬架;并且设计了其阻尼的控制算法。基于线性滤波法通过Simulink建立了路面输入模型,以四分之一车辆模型为基础通过AMESim和Simulink联合仿真平台在不同的路面上选取典型的速度区间对被动悬架、主动悬架以及提出的新式半主动悬架进行了模拟仿真比较。结果表明相比于主动悬架,在不良路面下,这种新型半主动悬架不仅减少了汽车的能量损耗;而且能够得到和主动悬架相近的性能。高速良好路面的时候,又能兼顾安全性,从整体上改善了汽车的平顺性。     

半主动阻尼拉杆的动态特性研究

将半主动阻尼拉杆等效成质量和弹簧的二自由度模型,推导了动刚度表达式.建立了基于线弹性、分数导数和摩擦模型的橡胶衬套非线性模型,采用Maxwell模型来描述广义阻尼器动刚度.利用最小二乘法对衬套和广义阻尼器动刚度模型中的参数进行了识别.通过实验和仿真计算对比了半主动阻尼拉杆在通电和不通电两种工况下的动刚度值.分析了等效弹簧刚度、阻尼常数和衬套刚度对半主动阻尼拉杆动刚度和阻尼性能的影响.结果表明:当衬套刚度、等效弹簧刚度和阻尼常数较大时,半主动阻尼拉杆的动刚度较大;增加阻尼常数能提高半主动阻尼拉杆低频时的动刚度,降低等效弹簧刚度和衬套刚度可以减小高频时的动刚度;衬套刚度对阻尼性能影响较小;等效弹簧刚度和阻尼常数越小,半主动阻尼拉杆阻尼性能越好.     

柔性底层结构的主动变刚度/阻尼抗震控制

提出了一种适用于柔性底层结构抗震控制的主动变刚度／阻尼装置，建立了安装此装置的柔性底层结构的地震反应方程。算例表明，该装置对柔性底层结构的地震反应有良好的控制作用。此外，还讨论了该装置的刚度和阻尼对控制效果的影响。     

基于MRE隔振器的变刚度半主动隔振系统分析

为探究磁流变弹性体隔振器应用于变刚度半主动隔振的可行性,制备硅橡胶基磁流变弹性体(MRE),设计制作MRE隔振器,对MRE材料和隔振器的性能进行测试,搭建基于MRE隔振器的变刚度半主动隔振系统并设计On-off控制、模糊控制和GA模糊控制算法.测试结果表明:MRE的储能模量在磁感应强度为600 mT时达到饱和,磁流变效应达到2000％以上;MRE隔振器的变刚度特性明显,当线圈电流从3 A变化为-3 A时,等效刚度从74.216 kN/m增加到137.128 kN/m,增加了84.8％;经过优化后的GA模糊控制效果提升了10％以上,三种控制算法对位移响应峰值的控制效果达到50％以上,对位移RMS值的控制效果达到60％以上.结果表明:经过优化后的GA模糊控制效果提升明显,磁流变弹性体隔振器可以有效应用于变刚度半主动隔振控制系统.     

主动变刚度·阻尼系统的滑动模态控制

采用滑动模态控制理论设计主动变刚度·阻尼系统的开关控制律 ,并在此基础上提出一种旨在减少开关切换次数的界限开关控制律 ,并进行了计算机仿真分析     

变刚度半主动控制结构的拟振型分解法

首先将单自由度变刚度半主动控制结构等效为一种特殊线性结构，给出了等效附加刚度比和等效附加阻尼比的定量计算公式；随后，利用上述等效关系建立了多自由度变刚度半主动控制结构的拟振型分解法，并就该方法的计算精度及其修正问题进行了探讨，数值分析结果表明，该方法可以较好地估算多自由度结构的各层最大相对位移和各层层间最大位移。本文工作为变刚度半主动控制结构的实用抗震设计方法的建立奠定了基础。     

基于新型减振支柱的半主动悬架特性研究

为了解决传统半主动悬架减振器有限的阻尼调节范围很难满足所有控制策略要求的问题,提出了刚度和阻尼偶联可调的一体式悬架减振支柱结构。介绍了该减振支柱的结构组成、阻尼和刚度的调节原理与耦合关系,分析了新型减振支柱的非线性刚度和阻尼特性。建立了采用新型减振支柱的二自由度半主动悬架系统模型,运用MATLAB/SIMULINK对半主动悬架模型进行仿真计算。根据仿真结果得到了路面条件、车速、悬架阻尼和空气弹簧初始气压对半主动悬架性能的影响规律。仿真结果显示:在三种典型路面和车速工况下,当减振器的阻尼状态为"高"、空气弹簧的初始气压为0.4 MPa时,半主动悬架的车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程分别比原车被动悬架至少降低6%、10%和18%。表明采用新型减振支柱的半主动悬架可以根据车辆行驶工况,对减振支柱的刚度特性和阻尼特性进行匹配,实现降低车身加速度、轮胎动载荷和悬架动行程的目标,从而改善车辆行驶平顺性、行驶安全性以及机动性。     

基于磁流变原理的飞机起落架半主动最优控制?

分析了飞机起落架半主动控制原理,建立了半主动控制起落架力学模型,比较了半主动控制中磁流变和电流变减震器优缺点,采用常规状态反馈控制方法和线性二次型最优控制方法,对起落架系统进行设计,得到了半主动控制器,通过仿真软件分别对半主动状态反馈和最优控制起落架模型进行了数值.结果表明,半主动控制起落架能够有效降低飞机冲击载荷和振动响应,使飞机很快达到稳定,采用线性二次型半主动最优控制方法效果较好.     

汽车电磁阀式半主动悬架控制系统设计

文章分析了电磁阀式减振器的结构与工作原理,采用实用性较强的skyhook控制策略,设计了汽车电磁阀式半主动悬架控制器,并进行了基于ARM7的控制器硬件设计和软件实现,利用自主开发的电磁阀式减振器及控制器对奇瑞G6轿车装车进行实车道路对比试验。试验表明,设计的汽车电磁阀式半主动悬架控制器可以有效地降低车身垂直加速度,改善行驶平顺性。     

半主动调谐减震体系模糊控制器的理论研究

根据模糊控制理论设计了模糊控制器，用以改变TMD子结构的阻尼和刚度，实现半主动调谐质量阻尼器(SATMD)模糊控制。通过数值仿真分析表明，该方法有效地改善了PTMD的控震性能。     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

柴油机双层隔振系统半主动模糊控制

针对柴油机的双层主动隔振系统,提出了基于MR阻尼器的半主动模糊控制方法.通过建立柴油机双层隔振的半主动控制模型,设计了双输入单输出的模糊控制器,根据经验和理论分析制定了模糊控制规则,运用MATLAB软件对被动控制与半主动控制联合建模并仿真.结果表明:与被动控制相比,半主动模糊控制具有良好的控制效果,能够进一步提高柴油机的减振效果.     

一种对高层建筑振动半主动控制的新策略

为了解决调谐质量阻尼器(TMD)的有效工作频域较窄和主动质量阻尼器(AMD)的控制力存在时滞效应的问题,提出在TMD中嵌入磁流变阻尼器(MRD)的新型半主动控制装置——TMMRD。采用模糊控制器取代传统滑动模态控制(SMC)的不连续"开关"式控制和等效控制的不确定性规则,基于Lyapunov函数设计自适应模糊控制律,结合改进的限幅最优(MCO)控制算法提出适合TMMRD的自适应模糊滑动模态半主动控制(ASMC/MCO)策略。运用TMD被动控制、ASMC/MCO半主动控制、ASMC主动控制和线性二次型高斯(LQG)主动控制分别对一座30层钢框架结构进行地震响应分析。研究结果表明:提出的ASMC控制策略的鲁棒性明显优于LQG;ASMC/MCO控制和ASMC控制下的减震效果明显优于TMD控制和LQG控制;ASMC/MCO的半主动控制力与ASMC的主动控制力吻合很好。     

基于磁流变阻尼器的汽车悬架半主动控制

为研究磁流变阻尼器在汽车振动控制中的应用可行性，对Bouc-Wen磁流变阻尼器模型进行了数值计算分析，揭示了14个参数对模型阻尼力的影响．运用随机理论对Bouc-Wen模型及基于该模型的汽车悬架进行了模拟仿真分析，与传统线性阻尼器进行对比，采用非线性阻尼器模型能更精确描述汽车悬架的物理特性，通过对比半主动可调磁流变阻尼控制与被动控制、主动控制和半主动on-off控制在正弦激励和随机激励下的各种动态特性，证明了磁流变阻尼器在汽车控制工程中的可行性，说明磁流变阻尼器有较好的应用价值．