考虑人体动力学模型的座椅自适应控制

为了研究车身振动对人体产生的影响,根据人-车-路系统之间的相互作用关系,建立二分之一人体-车辆-路面九自由度动力学模型.将一种多通道FxLMS自适应控制算法PM-MFxLMS应用于座椅振动主动控制中,在Matlab/Simulink中,建立人-车-路振动主动控制模型,并分别对被动控制、传统FxLMS算法和PM-MFxLMS算法的控制效果进行仿真对比.结果表明:低频振动(0～20 Hz)会导致人体产生共振,采用振动主动控制可以降低共振峰值,改善乘坐舒适性;与传统FxLMS算法相比,PM-MFxLMS算法具有较好的收敛性和稳定性.     

单自由度主动磁悬浮轴承-转子系统输入时滞稳定性研究

为了研究控制器的输入时滞对主动磁悬浮轴承-转子系统稳定性与动态性能的影响,建立具有输入时滞的主动磁悬浮轴承-转子系统等效模型,并通过分析系统内Hopf分岔的存在性条件得到主动磁悬浮轴承-转子系统失稳时临界时滞的近似值. 利用MATLAB/Simulink仿真分析控制参数对系统稳定性的影响,进一步验证Hopf分岔的存在性,从系统幅频特性和相频特性的角度探究输入时滞对闭环系统抑制外部干扰能力的影响规律,对仿真内容进行实验验证. 结果表明,输入时滞的增加导致系统发生Hopf分岔,并使闭环系统的幅频响应曲线峰化现象加剧,降低系统的稳定性. 对于PID控制器来说,增大比例增益、减小微分增益将放大输入时滞对系统稳定性的影响.     

基于MCS算法的振动主动控制时滞补偿

 针对振动主动控制中时滞会引起最小控制合成算法失稳问题,提出在传统的最小控制合成算法(MCS)的基础上,应用smith 预估器时滞补偿原理,在MCS 算法中添加时滞补偿因子,构建一种改进的具有时延补偿的MCS 算法。选取工业生产中常见的受控机械臂结构进行建模和仿真。结果表明,改进的MCS 算法克服了振动主动控制策略中时滞失稳问题,具有较好的时滞补偿控制效果。     

叠加激励下的时变时滞反馈减振控制

时滞动力吸振器是一种将时滞反馈力作为主动控制力的主动吸振器。当系统受单个激励力作用时,时滞动力吸振器能够对系统的振动响应起到很好的控制效果,但当多个频率不同的激励力同时作用时,时滞动力吸振器的控制效果并不明显。针对上述问题,文中提出了"等效频率"概念和时变时滞反馈控制方法。通过计算激励力的等效频率,据此对时滞反馈控制力进行实时调整,使时滞动力吸振器可以对多个同时作用的激励作出有效应对,从而有效控制主系统的振动响应。文中首先利用精细积分法,将系统振动微分方程变为精细积分方程形式,以此将连续时间区间上的多个同时作用的激励力变为各个离散时间区间内与叠加激励具有相同作用效果的正弦激励力;然后计算得出离散时间区间内正弦激励力的频率,并根据计算结果调整时滞动力吸振器参数与系统参数,据此计算各时间区间内的时滞反馈控制力;最后,以二自由度时滞动力吸振器减振模型为例,以主系统的各项振动响应为仿真对象,对主系统振动响应的时域进行仿真研究。研究结果表明,比于定值时滞反馈动力吸振器控制,在时变时滞反馈动力吸振器控制下,主系统振动位移、振动速度与振动加速度分别减少了96.4%、95.9%和97.1%,说明在时变时滞反馈控制下,结构主系统的振动响应得到了有效的控制。     

环形单级倒立摆系统的改进PSO-PID控制研究

为实现环形单级倒立摆的稳定性控制,设计了一种改进的基于粒子群算法的积分分离PID控制算法.首先通过拉格朗日方程推导出环形单级倒立摆系统的数学模型,然后用matlab计算发现系统不稳定,因此需要设计外部控制器加以调节.本文提出了改进粒子群算法(PSO)来整定PID控制器参数,在此基础上设计了一种改进的积分分离的PID控制器,在比例和积分项前加入连续变化的函数作为系数以防止积分饱和.最后在matlab中分别用基PSO-PID控制和基于改进积分分离的PSO-PID控制对环形单级倒立摆进行仿真.仿真结果表明,在改进积分分离的PSO-PID控制下,系统中连杆和摆杆的超调量均下降至0,调节时间分别缩短至0.8s和0.9s.这说明本文设计的控制方法能有效使环形单级倒立摆在较短的时间内达到稳定.     

基于遗传算法的含时滞主动悬架离散系统最优控制

针对存在时滞的主动悬架离散系统控制问题,提出一种基于遗传算法的最优控制方法;在含时滞的二自由度1/4主动悬架动力学基础模型上,采用零阶保持器进行离散化,通过状态变量扩维标准化处理,建立隐含时滞的主动悬架离散系统一般描述模型;采用遗传算法优化控制系统中的加权矩阵,解决最优控制器权重主观性和优化速度缓慢对主动悬架控制性能的不利影响,并利用MATLAB软件进行实例仿真。结果表明,与单纯采用最优控制方法相比,所提出的方法对含时滞的主动悬架离散系统有良好的控制效果,但是时滞量越大,改善效果越差。     

基于作动器故障的整车主动悬架容错控制

针对7自由度整车模型中主动悬架作动器增益变化故障,基于控制律重组提出一种主动容错控制方法。建立主动悬架7自由度整车模型和故障悬架模型。设计鲁棒观测器,获得输出残差,实现主动悬架故障检测和作动器故障增益在线诊断。在LQG控制器和在线诊断基础上,基于控制律重组调整LQG控制律设计容错控制器,实现故障悬架主动容错控制。Matlab/Simulink仿真结果表明,基于控制律重组的主动容错控制能使汽车故障悬架舒适性指标经0.5~2 s时滞逐渐恢复至与无故障主动悬架性能相接近水平,消除作动器故障影响,提高整车悬架控制可靠性。     

结构振动噪声的H∞反馈力控制研究

基于H∞控制理论,采用次级力作为执行器,应用反馈控制来抑制结构振动噪声,建立了结构振动声辐射反馈力控制模型,引入了性能加权函数,得到了广义系统模型,将反馈控制器设计问题转化为标准H∞控制问题求解.同常用的自适应滤波前馈控制相比,这种方案不需要用参考信号、不存在声反馈问题.封闭空间结构振动声耦合反馈力控制仿真结果表明:通过合理选择性能加权函数,噪声可以在指定频带得到良好的控制,最大噪声峰值近20 dB(A).     

高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响研究

为了研究高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响,分别建立单层和双层连续弹性支承梁动力学模型.在空间-频率域给出正弦稳态激励下弹性梁的动力学响应.分别定义沿弹性梁垂直方向的力传递率和水平方向的平均振动衰减率,对比高阻尼隔振器对弹性梁动态响应的控制效果.计算结果表明:相比常规线弹性支承,高阻尼隔振器可有效抑制弹性梁的力传递率幅值并增加弯曲波的空间传递衰减率;同时,梁-高阻尼隔振器系统固有频率大于梁-线弹性支承系统固有频率;通过调整高阻尼隔振器的安全系数ε和刚度比α,可优化弹性梁的力传递率和空间衰减率的有效工作频段和响应幅值.     

直升机磁流变座椅悬架缓冲系统模糊控制器设计

针对直升机座椅悬架缓冲控制问题，文章建立了结合磁流变耗能器的单自由度磁流变座椅悬架缓冲系统动力学模型。为了保证耗能器在充分耗散冲击能量的同时避免传递到人体的冲击力峰值超出人体的伤害限，以“软着陆”为控制目标，以磁流变耗能器活塞运动速度及位移作为模糊控制器的输入、阻尼器阻尼力作为控制输出设计模糊控制器的结构和控制规则，实现输出力-位移曲线的“平台效应”。最后分别在6～12 m/s冲击作用速度下，通过数值仿真验证了所设计的模糊控制器的有效性，即传递到人体的冲击载荷低于人体的伤害限的同时耗能器耗能最大。与现有的线性恒定总力控制器、恒定屈服控制策略进行缓冲效果对比，结果表明：模糊控制器在实现“平台效应”、“软着陆”控制目标的同时能有效避免二次反弹。     

磁悬浮轴承系统不平衡振动控制的方法

针对磁悬浮磨床电主轴系统中存在的同步振动问题 ,通过计算机仿真和实验 ,研究了 2种处理方法 :力自由控制和开环前馈控制。在力自由控制中 ,控制环节对同频振动分量不加以响应。在开环前馈控制中 ,由不同于主控制器的前馈控制环节对同频振动分量进行处理 ,其结果叠加到主控制器的输出中。计算机仿真和实际的实验结果均表明 ,这2种方法对提高系统性能具有明显的效果。该研究对于磁悬浮轴承系统不平衡振动的控制具有重要意义。     

无线网络流体流模型的Hopf分岔的控制

针对无线网络拥塞控制系统中流体流模型的Hopf分岔的问题,进行了3种控制方法的对比实验.通过选择通信时滞作为分岔参数,验证了此模型分别在加入3种控制器(时延反馈控制器DFC、混合控制器HBC和状态反馈控制器SFC)后,均增加了分岔参数的临界值,扩大了稳定性区域,使系统的Hopf分岔延迟.数值仿真结果表明上述3种控制器在延迟无线网络Hopf分岔的性能上有所差异,状态反馈控制器控制效果最好,混合控制器其次.     

含分数阶导数的1/4悬架模型时滞反馈控制研究

针对具有时滞减振主动控制技术的车辆悬架,研究分数阶导数和时滞减振联合控制对车辆悬架系统振动的影响。将含有分数阶导数的时滞反馈控制加入到1/4车辆模型中,运用稳定性切换法对系统的稳定性问题进行分析,得到系统稳定的时滞区间。根据车辆平顺性指标,在频域范围内建立基于振动响应量加权均方根值的优化目标函数。利用粒子群优化算法快速寻优特点获取最优时滞反馈控制参数得到优化控制参数;并对系统在时域下进行振动响应仿真分析。仿真结果表明,在简谐激励和路面随机激励下,分数阶导数和时滞减振主动控制技术联合应用到悬架系统中能取得良好的减振效果,可以较好地减小车身振动,提高车辆的平顺性,为车辆悬架主动控制技术提供理论依据。     

负电容在主-被动混合压电振动控制中的应用

针对压电被动振动方法中分支电路参数环境适应能力差、电路复杂和压电主动振动方法需要较高输入功率的问题,提出了一种基于负电容压电分支电路和小波变换自适应算法的振动主-被动混合控制策略.文中阐述了这种主-被动混合振动控制方法的原理,分析了被动控制效果、主动控制电压与负电容参数的关系.仿真和实验结果表明,这种主-被动混合振动控制方法能够有效抑制结构振动,其控制效果优于单独的主动控制或被动控制.     

智能桁架结构自抗扰振动控制实验研究

针对大型智能桁架结构的振动抑制问题,采用扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF),设计了不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了102杆三棱柱压电智能桁架结构的主动振动控制试验系统,进行了自抗扰振动控制实验。结果表明:自抗扰振动控制器可有效地用于压电智能桁架结构的振动控制,低频谐振控制实验振幅降低了81.5%,取得了良好的控制效果。     

基于机器鱼尾鳍推进伺服系统的改进控制算法

机器鱼多关节尾鳍受外界负载变化及伺服系统机械结构本身特性的影响会使速度和位置曲线失真,从而影响机器鱼的推进效率.针对机器鱼的尾部推进伺服系统的性能需求,分别用PI(比例-积分)控制器和IP(积分-比例)控制器对直流伺服系统模型建立PWM驱动数字型调速系统.并对PI和IP这2种控制方式的性能进行分析和比较.通过仿真实验表明,IP控制比PI控制性能优良,能满足机器鱼推进系统的需要.     

精密设备主动SAWPSO-PID振动控制器设计及仿真研究

比例-积分-微分(PID)控制器具有简单、稳定性好、可靠性高、鲁棒性强等特点,在振动控制领域应用广泛。而传统的主动PID控制器参数以假设或经验性选取为主,不科学且不能充分发挥控制器性能。自适应权重粒子群算法(self-adaptive weight particle swarm optimization,简称SAWPSO)克服了传统粒子群算法寻优过程的早熟情况,能使PSO算法达到局部及全局最优的平衡。文章基于SAWPSO算法,设计了SAWPSO-PID控制器,以时间乘以误差绝对值积分(ITAE)为目标适应值函数,对精密设备振动进行了PID参数自整定的优化控制研究,并与经验型参数选定PID振动控制、被动隔振(无控)进行了对比分析。     

智能桁架结构自适应模糊主动振动控制

针对智能桁架结构的振动抑制问题,研究如何设计自适应模糊主动振动控制器.结合模糊控制理论和传统的自适应控制理论,基于Lyapunov综合法,设计了一种稳定的直接型自适应模糊主动振动控制器.同时引入监督控制,把控制量分为自适应模糊控制量和监督控制量,监督控制的设计保证了系统状态量的有界性.最后,对一个平面16杆智能桁架结构进行了自适应模糊主动振动控制的仿真研究.结果表明: 在结构参数或外部环境发生变化时,直接型自适应模糊主动振动控制器仍可以获得理想的控制效果,具有很好的鲁棒性.     

智能桁架结构自抗扰振动控制实验研究

针对大型智能桁架结构的振动抑制问题,采用扩张状态观测器(ESO)和非线性状态误差反馈控制律(NLSEF),设计了不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然后,基于dSPACE实时仿真系统,建立了102杆三棱柱压电智能桁架结构的主动振动控制试验系统,进行了自抗扰振动控制实验。结果表明:自抗扰振动控制器可有效地用于压电智能桁架结构的振动控制,低频谐振控制实验振幅降低了81.5%,取得了良好的控制效果。     

基于时滞特性的超空泡航行体预测控制

针对航行体在运动条件下存在的时滞问题,提出了一种状态空间预测控制方法.首先,考虑航行体动力学模型的时滞特性,将模型中非线性滑行力分解为时滞与非时滞两部分,通过相应变换推导出航行体的线性变参数(LPV)时滞模型.然后,针对航行体的参数摄动,利用多胞形理论得到LPV系统的等价模型,减小在线实时计算量.最后,将实时可测参数信息与预测模型相结合设计状态空间模型预测控制器,研究系统的动态性能.仿真结果表明,该控制器对具有时滞特性的超空泡航行体有良好的控制效果及抗扰动能力.