用于自适应可展结构的压电式智能主动杆

为自适应调节和改善可展结构动力学性能 ,研制了一种具有传感和作动双重功能的智能主动杆。利用压电材料的正逆压电效应 ,建立了压电微位移作动器的设计模型。给出了智能主动杆的组成和工作原理。研制了一种用于自适应可展结构的新型智能主动杆。该主动杆由压电作动器、微位移传感器、压力传感器等组成 ,具有输出微位移和压力 ,及对位移和压力监测的功能     

压电结构作动/传感器配置优化

提出了一种压电结构中作动／传感器优化配置的新方法．首先用有限元方法建立结构的动力学方程，并用模态方法进行降阶，然后通过Lyapunov方程分别求解扰动输入和作动器输入的能控性Grammian矩阵，通过使作动器输入的能控性矩阵向量在扰动能控性矩阵上投影长度的平方和最大值得到压电作动器的最优位置，同样的思想用于确定传感器的最优位置。     

基于作动器故障估计的汽车主动悬架容错控制研究

针对汽车主动悬架作动器故障,提出了一种基于故障补偿思想的主动容错控制方法.建立了半车4自由度主动悬架模型及作动器故障悬架模型,以H∞加权输出反馈控制器作为主动悬架常规控制器,基于自适应观测器设计作动器在线故障估计器,并以此为输入设计故障补偿器,由常规控制器和故障补偿器共同实现主动容错控制.仿真结果表明:设计的在线故障估计器可准确实时估计作动器常见故障的幅值,针对作动器增益及恒偏差故障引起的主动悬架性能下降,可在主动容错控制下使故障悬架性能经短暂时间后恢复至与正常悬架性能相接近的水平,进一步提升了车辆乘坐舒适性和可靠性.     

发动机振动主动控制用电磁作动器的设计和动态特性研究

对一种适用于汽车发动机振动主动控制用的新型串接式高能电磁作动器进行了结构设计，计算了作动器的磁场，对作动器的片状弹簧的应力分布进行了有限元分析。同时，建立了作动器的力学模型，对其动态特性进行了仿真分析和试验研究，结果表明作动器是理想的激振源和主动控制用作动器。     

基于多种群遗传算法的LQR 振动主动控制研究

根据压电智能结构的特点,针对一类由悬臂梁、传感器和压电作动器构成的压电智能梁系统的振动主动控制进行了研究。利用压电方程建立了压电智能梁系统的状态空间模型,采用线性二次最优控制(LQR)对智能梁的振动进行了主动控制。对二次性能指标中的加权矩阵的选取方式进行了深入研究,提出了一种基于多种群遗传算法的加权矩阵选取方式。仿真和实验结果表明:多种群遗传算法比简单遗传算法具有更快的收敛速度,且遗传代数少,能够有效避免陷入局部最优解。基于多种群遗传算法的LQR振动主动控制算法对压电智能梁的振动主动控制具有可行性和稳定性,相对基于简单遗传算法的LQR振动主动控制算法达到稳定的时间短且具有更好的控制效果。     

压电叠层作动器迟滞特性模型

压电叠层作动器是智能主动杆的关键部件,迟滞非线性是影响其控制应用的重要方面。在对迟滞特性进行分析的基础上,根据压电叠层作动器的工作特征,采用修正经典Preisach模型对压电作动器的迟滞特性进行建模,以预测压电作动器的位移输出,并进行了相应的实验分析。与随机电压序列的实测输出结果进行比较,该模型的误差范围小于2μm,明显优于线性模型,能更准确地预测作动器的位移输出,为实现精密的作动控制提供了可能。     

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。     

电磁式主动悬架模型预测控制器设计

针对已开发的电磁作动器样机,通过对电机控制电路模型进行简化分析,得到电磁作动器往复运动时控制电流可实现范围.考虑作动器约束和悬架许用行程,基于模型预测控制方法设计1/4车辆电磁主动悬架控制器,并分别针对瞬时垂向冲击和随机不平路面工况进行仿真分析.结果表明,相对于线性最优控制主动悬架,模型预测控制可以使车辆获得更佳的行驶平顺性能.     

压电柔性臂的传感器/致动器优化配置与振动主动控制

以欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)悬臂梁为模型,对压电柔性臂系统的传感器/致动器的优化配置和振动主动控制问题进行推导,简化了智能压电柔性臂系统的动力学方程和压电传感/致动方程,并建立了系统状态空间表达式.从传感器/致动器对相应模态的贡献出发,给出一种考虑模态权重的目标函数,并采用遗传算法对同位配置时的传感器/致动器的优化配置进行研究.基于优化布局结果在柔性臂上黏贴压电致动器和传感器,建立模糊逻辑控制器,对柔性臂在自由衰减和持续激励的情况下分别进行振动主动控制实验.实验结果表明柔性臂在两种激励下的振动均得到到了有效抑制,所提出的优化配置方法和模糊控制策略是可行的.     

基于可靠性的框架结构作动器/传感器最优配置

建立在模态可控度及最小费用函数的基础上，针对目前因使用组合优化来布置作动器计算量大的缺点，采用遗传算法来确定振动主动控制中作动器的最优配置．为适于框架结构的具体计算，对常规遗传算法约束条件的处理进行了改进．考虑到主动控制系统的可靠性，为了进一步确定作动器／传感器的最优配置，本文定义了一个可靠性指标，采用常规的Monte-Carlo法计算各种配置的可靠性，在可靠性基础上最终确定最优配置方案．本文最后给出了计算实例。     

作动器位移传感器常规工况热防护研究

航空发动机矢量喷管作动器位移传感器在超温后工作失效。为实现位移传感器热防护要求,考虑了作动器内的导热和对流换热项,建立了作动器系统内各部分温度分布的数学模型。在常规工况允许的参数变化范围内,研究了作动器环境温度t_(wai)、入口工作介质温度tin和冷却衬套厚度Delta(δ)三个因素对位移传感器热防护的影响。结果表明:降低环境温度、降低作动器入口工作介质温度,减小冷却衬套厚度,均能有效降低位移传感器温度,建议通过合理设计作动器环境温度、入口工作介质温度和冷却衬套厚度实现位移传感器热防护。     

齿轮齿条式作动器性能分析与试验

为提高车辆悬架系统的减振性能,设计了一种用于车辆主动悬架系统的齿轮齿条式作动器。首先理论分析了作动器响应时间的影响因素,然后推导了作动器主动控制力的计算方法,最后通过台架试验进行了验证。试验结果表明:作动器主动控制力的实际值与理论值之间偏差较小;且与电机的供电电流之间呈现较好的线性关系,与理论分析一致;电流变化的响应时间基本相同;但作动器主动出力的响应时间随电流的减小而增大,分析认为这是由作动器的空程间隙造成的。因此,在作动器的设计过程中应尽量避免或减小空程间隙。     

采用压电材料的振动主动控制

利用压电材料作为传感器和作动器,建立了柔性四连杆机构振动主动控制实验系统;通过理论分析和实验研究建立了控制系统的模型;根据控制系统的特点,采用了内模控制策略,并在具体实施中,增加了参数辨识环节,使得控制器对于机构转速变化具有鲁棒性．将控制方案实施到柔性四连杆机构振动主动控制实验之中,取得了满意的控制效果．     

一类柔性耦合复杂系统的振动主动控制

建立了一类柔性基础、刚性设备的复杂系统主动隔振模型,考虑了设备、隔振器、作动器和柔性基础的耦合作用。用有效导纳来描述作动器的控制力,以传输到基础的功率流为目标函数,采用子结构导纳综合法推求主动隔振控制表达式。探讨了PID等主动控制策略,达到了控制系统若干阶模态振动的目的。     

带粘结层智能结构压电作动器的修正点力模型

在有压电应变作动器的具有振动主动控制功能的智能杆梁结构中,考虑了粘结层的影响,并且假设应变沿各层的厚度方向为线性分布.对Crawley-Luis与Euler-Bernoulli所建立的压电作动器点力模型进行了修正,提出了一种更具一般性的诱导应变作动器的点力模型,分别导出了双面对称粘贴和单面粘贴压电作动器时的修正点力模型的计算公式.并进行了计算机仿真研究,表明了修正模型的合理性.修正点力模型更具一般性,这对设计压电智能结构具有指导意义.     

基于电动静液压作动的新型汽车主动悬架

作动器是汽车主动悬架系统研究的关键。在分析传统被动悬架和电液伺服主动悬架及功率电传作动系统PBW(Power-By-W ire)的基础上,提出了基于功率电传的电动静液压作动器EHA(E lectro-Hydrostatic Actuator)新型汽车主动悬架结构型式。建立了1/4汽车动力学模型,设计了用于EHA主动悬架控制的模糊控制器。为了研究可控悬架的响应特性以及验证模型的有效性,利用建立起的基于EHA的主动悬架动力学模型,在一定路面输入下进行了仿真分析。结果表明,与传统被动悬架相比,基于EHA的模糊控制主动悬架大大改善了汽车的平顺性和操纵稳定性。     

齿轮齿条式作动器性能分析与试验研究

为提高车辆悬架系统的减振性能,设计了一种用于车辆主动悬架系统的齿轮齿条式作动器。首先理论分析了作动器响应时间的影响因素,然后推导了作动器主动控制力的计算方法,最后通过台架试验进行了验证。试验结果表明:作动器主动控制力的实际值与理论值之间偏差较小;且与电机的供电电流之间呈现较好的线性关系,与理论分析一致;电流变化的响应时间基本相同;但作动器主动出力的响应时间随电流的减小而增大,分析认为这是由作动器的空程间隙造成的。因此,在作动器的设计过程中应尽量避免或减小空程间隙。     

基于虚功原理索杆张力结构强度优化形状分析

为了提高索杆张力结构的刚度和减小结构受力,在结构杆件中引入作动器,主动调整杆件的长度,改变结构的形状.在荷载态下,将作动器主动工作产生的杆件内力改变量视为结构独立自应力模态的线性组合,根据虚功原理及变形协调关系建立了节点位移向量、杆件内力向量与作动器主动调整量之间的迭代关系.同时,以杆件受力最小为目标,构造了结构形状优化模型并编制了相应的求解程序.算例分析表明:结构所有杆件均布设作动器的效果与仅在索中布设作动器的效果相同,均可以实现既提高结构刚度、又改善结构受力的目的;仅在杆中布设作动器调节杆长来提高结构刚度的代价是增大杆件的内力.通过有限元方法与本文方法对算例求解结果的对比分析,发现两者符合较好,验证了本文方法的正确性.     

压电智能板振动主动控制有限元模拟

文章由线弹性压电层合结构有限元动力方程,进一步推导了压电智能结构的主动控制方程;采用三维八节点实体耦合单元模拟压电致动器/传感器,运用ANSYS参数化语言(APDL)建立了压电智能板结构的有限元模型,并进行模态分析,将系统耦合有限元动力方程转化为模态坐标下的系统状态空间方程;考虑了离散分布式压电致动器/传感器对于主结构...     

一种快速收敛的遗传算法及其应用

为了解决遗传算法的收敛速度和全局收敛性之间的矛盾,提出了一种快速收敛的遗传算法,即“适应度缩放”加“有偏外来移民”的遗传算法。将该方法应用于柔性结构振动主动控制中的作动器／传感器位置及反馈增益的优化,其优化效果明显优于传统的优化算法。数字仿真结果表明,对于复杂非线性约束优化问题,该遗传算法具有较好的快速收敛性和全局收敛性,由优化了位置的作动器／传感器和优化增益的控制系统具有良好的减振效果。