组合柔性机械臂抑振性能的仿真及实验研究

为抑制柔性机械臂的低频固有振动,该文提出利用组合结构滞迟阻尼效应来提高柔性机械臂的抑振性能.以单根叠层组合柔性机械臂为对象,通过有限元仿真和实验,对组合柔性机械臂的减振性、结构参数和预压力对其减振性能的影响进行了研究,并由仿真实验确定了组合柔性机械臂的动态恢复力曲线.研究结果表明:与实体柔性机械臂相比,组合柔性机械臂的抑振效果显著;确定合适的预紧力和结构尺寸参数可得到最佳的抑振性能;组合柔性机械臂-质量系统的固有频率不是一常量,其大小随振幅的减小而增大;组合层之间的相对刚度对其抑振性能有影响,减小相对刚度可提高其抑振能力.实验证明,该文采用的有限元仿真方法能较准确地反映组合柔性机械臂的动力学性质,可以代替实物实验确定动态恢复力滞迟回线,为组合柔性机械臂动力学建模、减振性设计及运动控制研究提供了有效方法.     

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.     

风荷载下伸臂桁架-ATMD组合系统最优伸臂桁架位置研究

基于虚拟激励法和最优控制理论,提出伸臂桁架-主动调谐质量阻尼器(ATMD)组合系统的风振最优控制模型。首先推导伸臂桁架主体结构与ATMD耦合后的控制运动微分方程组并基于虚拟激励法求解该方程组,发展新的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型。基于新提出的组合系统数值简化模型,应用固定点理论求解ATMD最优控制力,获得伸臂桁架-ATMD组合系统的最优控制力模型。将新提出的伸臂桁架-ATMD组合系统数值简化模型和最优控制力模型进行有效数值组合,构建该组合系统的整体最优控制模型。将本文提出的基于固定点理论的最优控制模型与基于线性二次规划方法的最优控制模型、被动最优控制模型和无控制模型进行对比分析。最后应用基于固定点理论的最优控制模型对伸臂桁架-ATMD组合系统的最优伸臂桁架位置进行单参数敏感性分析,研究最优伸臂桁架位置对不同结构影响因素的敏感性以及ATMD对不同类型伸臂桁架系统的抗风控制效果。研究结果表明：主体结构伸臂桁架系统类型不同,不同控制方案的作用效果不同,且主动控制方案对加速度响应的控制效果优于对位移响应的控制效果;与纯伸臂桁架系统相比,风荷载作用下主动调谐质量阻尼器对组合系统的最优伸...     

基于FULMS算法的压电机敏柔性结构振动主动控制

面向航空航天器挠性结构振动主动控制研究背景,针对FXLMS控制算法无法直接从振动结构提取参考信号的缺陷,以经过传感器作动器优化配置的压电机敏柔性梁为模型结构,研究了一种基于多通道FULMS算法的结构振动主动控制器.针对参考信号取自激振信号和直接取自振动结构两种情况,对FXLMS控制算法及FULMS控制算法进行了仿真分析与验证;结果表明FXLMS算法高度依赖参考信号选取,FULMS算法相对FXLMS算法具有更好的收敛性,且能够实现参考信号直接提取策略.在此基础上构建了测控系统和实验平台,进行基于多通道FULMS控制算法的压电柔性结构振动主动控制实验,验证了参考信号从振动结构中直接提取策略的可行性与多通道FULMS控制算法的有效性.     

双重驱动平面并联机器人的振动控制

为了实现柔性机器人的高速高精度控制,抑制高速运动中的残余振动,提出一种新颖的柔性机器人机构,并基于双重驱动的思想研究了其振动抑制问题。以直线伺服电机作为机器人的主驱动源,实现高速精密点位控制,并采用脉冲整形技术减小末端残余振动;以压电陶瓷作为从驱动源,采用闭环反馈控制策略抑制末端残余振动。实验结果表明:采用输入指令整形减振技术和压电陶瓷相结合的抑振策略,系统稳定时间缩短80%以上,双重驱动的抑振策略实现了高速高精度的运动控制。     

基于神经网络及综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究了载体位置、姿态均不受控的自由漂浮柔性关节空间机器人机械臂轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题,利用系统动量、动量矩守恒关系及第二类Lagrange法,并综合考虑关节驱动电机特性,导出了其全系统动力学模型;然后基于奇异摄动理论将该动力学模型分解为描述机械臂刚性运动的慢变子系统及描述关节柔性振动的快变子系统,并结合关节电机输出力矩与电枢电流的关系,将对控制力矩的设计转化为对电流控制的设计。之后,针对关节柔性振动快变子系统,采用速度差值反馈控制方案对其进行了振动主动抑制;针对机械臂刚性运动慢变子系统,则基于RBF神经网络提出了一种全阶滑模控制方案;其中RBF神经网络用于逼近由系统不确定参数带来的未知非线性项,全阶滑模控制方案的引入在于使控制系统在兼备传统滑模控制方案鲁棒性强特点的同时,还能克服抖振问题。最后,系统数值仿真结果说明了所提方案的有效性。     

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。     

综合电机特性的柔性关节空间机器人全阶滑模控制

研究柔性关节空间机器人轨迹跟踪及关节柔性振动主动抑制问题.导出综合电机特性的动力学模型,且基于奇异摄动理论将其分解为快、慢变子系统.针对快变子系统,采用速度差值反馈控制;针对慢变子系统,提出一种基于径向基神经网络的全阶滑模控制.其中径向基神经网络用于逼近系统未知非线性项,全阶滑模兼备结构简单、鲁棒性强等优点的同时,还能克服抖振问题.系统数值仿真结果证明了所提方案的有效性.     

海洋立管涡激振动抑振-俘能装置试验研究

设计了一种海洋立管涡激振动涡轮式抑振-俘能装置,并在波-流联合水槽中对3种不同覆盖率的抑振-俘能装置进行试验研究。通过变化外流流速与装置覆盖率,分析立管的位移均方根、抑振效率、发电量等参数,揭示不同流速与不同覆盖率对装置抑振效率及俘能效率的影响;结合装置发电效率和抑振效率,探索俘能与涡激振动抑制之间的耦合作用机理。研究结果表明：涡轮式抑振-俘能装置可以有效降低立管的振动幅值,在试验约化速度范围内的整体抑振效率高于60%,最大抑振效率可达97.13%;当约化速度满足装置俘能发电的最低限值后,发电量随着约化速度的增加稳步提升;抑振效率对于覆盖率的敏感度较低,抑振-俘能装置的发电效率受约化速度影响较大,在高约化速度下装置不仅可有效抑制涡激振动,还能够达到理想的发电效率,电量最大值时的抑振效率为81.85%。     

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。     

射电望远镜馈源支撑系统索力特性研究

在新一代大型射电望远镜的机构设计中,馈源定位系统采用刚柔混联机构,利用6绳索柔性并联机构牵引馈源舱实现5个自由度的运动,以满足馈源位置和跟踪角度要求．针对40m缩尺模型,基于混联机构中绳索并联机构姿态角度可优化的特点,文中对馈源刚柔混联机构中的绳索并联机构索力特性进行研究与优化．通过采用T＆T（Tilt—and—Torsion）角的坐标转换方式建立机构运动学模型,直接辨识出绳索并联机构在任意位置下的俯仰角度,基于绳索自重引起的悬链线方程建立力平衡方程,以拉力连续平稳及避免虚牵为目标,提出刚柔混联系统中绳索并联机构的一种拉力特性分析及优化解算方法．以两条典型轨迹为例证明了该算法的可行性,其中一条轨迹上的索力最大变化率通过优化降低达90％,使索力平稳光滑．文中采用的索力优化算法可以有效降低索力变化率,平稳索力,降低电机功率,避免虚牵和提高控制精度．     

柔性智能桁架结构振动的主动控制方法实验研究

在只获得加速度的情况下,针对空间柔性智能桁架结构,进行了主动控制方法时仿真实验。实验通过加速度传感器测量加速度,建立了有信号调理、模数转换和微机实时测控的实时计算机控制系统。通过扫频激励进行了实时控制实验,给出了控制前后节点30y方向的固有频率和阻尼比的变化情况及控制某一阶模态时被控模态响应曲线。验证了采用独立模态空间控制方法设计的空间柔性智能桁架结构振动主动控制规律的实用性。实验结果表明该控制使被控模态阻尼比增加,频响函数的幅值衰减减较大,有较明显的控制效果。     

自适应桁架结构局部积分力反馈振动阻尼控制研究

本文主要研究自适应桁架结构的振动控制理论和方法，将结构中主动构件的局部弹性内力经过积分和比例反馈控制器运算后，得到主动构件的输出控制力，以实现结构的振动阻尼控制。文中还引入模态应变能因子的概念，建立了主动构件配置的多目标优化函数，以研究其优化配置问题。通过一平面自适应桁架结构的优化配置计算和数值仿真，说明了文中所述控制方法的有效性。     

柔性基础上主动隔振执行器安装方式的动力学研究

研究了积极隔振和消极隔振情况下，柔性基础上主动隔振执行器在并联结构安装方式和基础消振结构安装方式下的动力学特性，分析比较了不同安装方式的主动控制力与被动隔振系统及柔性基础之间的参数关系，为主动隔振器安装方式的选取提供了科学依据。     

两种独立模态空间控制法在柔性结构振动主动控制中的应用研究

柔性结构是一种典型的空间结构,在外扰下易引起振动,影响飞行器的定位精度和精密仪器的正常工作。因此必须对这类结构的振动进行控制,本文针对柔性结构的大挠度、非线性、模态频率低且密集、阻尼小的特点,提出一种基于H∞控制的独立模态空间控制法（independent modal space control,IMSC）来研究其主动控制,并对柔性梁及板进行了控制的数值仿真,取得了较好的效果。     

考虑温度影响的气膜阻尼结构抑振率分析

气膜阻尼能够有效抑制航空发动机叶片的多阶振动，且具有结构简单、附加质量小等优点。针对带气膜阻尼平板结构，建立了带气膜阻尼平板振动模型，推导出考虑温度影响的抑振率表达式；采用有限元法，研究了均匀温度场和非均匀温度场对气膜阻尼结构抑振率的影响。结果表明：(1)无论是在均匀温度场还是非均匀温度场下，带气膜阻尼平板均表现出较高的抑振率；在两种温度场下，平板温度由20℃增加至600℃,带气膜阻尼平板抑振率增幅均不超过10%。(2)气膜内气体温度由室温20℃增加到600℃时，带气膜阻尼平板抑振率增幅变化不超过4%,气膜内气体随温度变化对带气膜阻尼平板抑振率影响较小，可适用于不同温度环境。(3)当平板振动为二扭振型时，气膜阻尼结构抑振效果不仅大幅下降，而且吸振薄板的振动会加剧平板本身的振动，且在不同温度梯度下都可能出现。     

桥梁长索结构风致振动研究新进展

随着桥梁跨径的增大,桥梁索结构的长细比越来越大、频率越来越低,出现了一些 新的风致振动问题,如悬索桥吊索风致振动、斜拉索高阶涡激共振、安装亮化灯具的桥梁索结 构驰振等. 针对这些新挑战,采用现场观测、风洞试验和理论分析等手段,研究人员进行了系统 的机理研究,并提出了一些有效的振动控制措施. 结果表明：悬索桥吊索风致振动的机理复杂, 在斜拉索上积累的振动控制经验难以直接应用,安装刚性分隔架是抑制索股相对振动的有效 手段;已在多座大跨径斜拉桥上观测到斜拉索高阶涡激共振,增加了斜拉索振动控制的难度, 采用双阻尼器是可同时控制斜拉索高阶涡激共振和低阶风雨激振的有效方案;在桥梁索结构 上安装亮化灯具极易引发驰振,增加阻尼器和优化灯具气动外形是避免该类振动的有效措施.     

消除溢出不稳定的鲁棒振动主动控制

将H∞控制理论应用于柔性结构的振动主动控制，提出一种能够消除溢出不稳定的基于混合灵敏度方法的鲁棒控制策略．首先通过频域辨识得到柔性结构的降阶模型，而剩余高阶模态构成的非结构不确定性，通过对权函数的选择在设计阶段就加以考虑，然后基于降阶模型和未建模不确定的近似特性设计了鲁棒反馈控制器．仿真实验的结果表明，与通常采用的LQR控制方法相比，此方法不仅能够有效的抑制柔性结构的振动，而且具有更好的鲁棒性能．     

装有动力吸振器的主动悬架性能分析

带有动力吸振器的被动悬架只能改善车辆在高频段的性能,不能提高汽车在低频段的平顺性与轮胎接地性,因而在主动悬架上设计一个质量块作为动力吸振器．用最优控制规律控制主动悬架,同时用状态变量法分析主动悬架的幅频特性和时域性能．结果表明装有动力吸振器的主动悬架不仅可较好地在低频段改善车身的乘坐舒适性和操纵安全性,同时也能降低高频段汽车的振动．