基坑开挖导致邻近既有隧道变形的主动控制研究

采用有限元分析方法对新型支撑轴力主动控制系统进行了研究,提出了一种支撑轴力设计方法;在对支撑不施加主动轴力的情况下,研究了花岗岩残积土地层中基坑开挖对既有隧道的影响,根据基坑侧边不同位置隧道在基坑开挖作用下的位移划分了基坑开挖影响区;基于提出的轴力设计方法,研究了基坑开挖过程中支撑轴力主动控制对既有隧道位移的影响规律;获得了隧道位移控制到预警值10 mm以下的临界控制比,分析了其在不同隧道位置时的分布规律。结果表明:该地层中的影响区范围相对已有研究的影响区更小;隧道位移与地连墙位移的控制比近似呈正比关系;基坑腰部0.6倍挖深位置附近隧道的水平位移需进行最严格的控制,靠近基坑且深度较深的区域通过水平位移控制得到的临界控制比更小,应以隧道水平位移控制为主,而远离基坑且深度较浅的区域应以隧道竖向位移控制为主;花岗岩残积土中的基坑开挖影响区以及对临界控制比的量化研究成果可为类似工程提供参考。

直升机振动主动控制方法研究综述

直升机振动问题突出,振动控制技术始终是直升机发展过程中的一项关键技术。回顾了直升机振动控制技术的研究进展,重点综述了直升机振动主动控制技术。首先给出了直升机振动控制发展至今的技术分类,简要介绍了直升机振动被动控制技术原理,着重对振动主动控制技术的原理和发展,包括作用于机身结构的主动控制,作用于自动倾斜器的高阶谐波控制和独立桨叶控制,作用于桨叶的主动扭转旋翼、主动后缘襟翼、主动桨尖和微型襟翼等控制进行了详述。最后展望了直升机振动主动控制技术研究的发展方向和未来趋势。

基于改进SSA结合模糊RBF神经网络的悬臂梁振动主动控制

随着航空航天事业的发展,为了节省燃料,同时提高航天器速度,航天器采用更轻的材料来减少质量。然而,此举也引入了柔性振动,灵活的振动增加了姿态控制的时间,导致姿态精度控制不尽如人意。因此,有效抑制柔性振动以实现高精度姿态控制非常重要。论文以柔性压电悬臂梁作被控对象,并利用压电薄膜(Polyvinylidene Fluoride,PVDF)作传感器和致动器,分析其振动的控制问题。基于PID和模糊理论的局限性,结合模糊控制器能模仿专家经验和径向基神经网络(Radial Basis Function Network,RBFNN)善于学习的优点,设计了模糊径向基(Fuzzy Radial Basis Function,FRBF)神经网络控制器来抑制悬臂梁的振动,并采用混沌映射的种群初始化策略、疯狂算子的领导者位置更新策略、精英保留及动态惯性权重的追随者位置更新策略改进的樽海鞘群算法(Salp Swarm Algorithm,SSA)来优化模糊神经网络权值。将改进后的控制方法在Matlab软件环境下进行了数值仿真,仿真结果表明,应用改进的模糊径向基神经网络控制器可以有效地提升主动控制的振动效果。

基于镜像修正FxLMS控制算法的船舶管路振动主动控制

针对船舶管路减振和抗冲击的需求,本文根据镜像修正自适应滤波算法,设计出了一种管路振动主动控制策略,能够有效地控制管路在低频下的振动,并且在次级通道发生突变时,控制系统可再次快速收敛,进行稳定控制。本文先对镜像修正自适应滤波算法进行理论研究,分析算法的迭代及控制过程;再通过仿真分别验证算法在不同参考信号输入下的收敛性及稳定性;最后搭建实验台架,通过试验验证算法的实际控制效果。试验结果表明:该控制策略在管路振动主动控制中能够降低15.37%的振动强度,比自适应滤波算法控制策略的控制效果好8.85%。所以镜像修正自适应滤波算法能够及时有效地进行管路振动控制。

电磁直线悬架主动控制研究

为了提高以直线电机为作动器的电磁直线悬架的动态特性,提出了一种由主环与内环构成的主动控制策略。其中,主环采用通过粒子群算法优化的LQG控制计算出理想主动控制力,内环采用基于空间矢量脉宽调制(SVPWM)技术的直接推力控制策略跟踪理想主动控制力。建立了电磁悬架动力学模型及直线电机数学模型,并通过试验验证了直线电机数学模型的正确性。同时,为了降低传统直接推力控制中的磁链、电磁推力波动,采用磁链、电磁推力双闭环控制器替换滞环比较器,利用SVPWM模块代替开关选择模块。在此基础上,针对PI控制器鲁棒性差、精度低的缺点,设计了速度环滑模控制器以提高电机系统控制特性。最后对电机控制性能及悬架动态特性进行了仿真分析。结果表明:相较于无控制策略,所设计的主动控制策略使电磁直线悬架车身加速度、悬架动挠度及轮胎动载荷分别降低了21.8%、9.8%及17.6%,有效改善了悬架的动态特性。

MRE耗能阻尼器力学性能及半主动控制分析

根据磁流变弹性体(magnetorheological elastomer,简称MRE)的可调力学特性提出了基于MRE的新型耗能阻尼器,并对制备完成的硅橡胶基磁流变弹性体及阻尼器分别进行力学性能试验。利用Matlab/Simulink对各层均装有MRE阻尼器的7层框架结构进行建模仿真分析,将被动控制与基于半主动控制策略的经典最优控制和序列最优控制进行比较。力学测试结果表明:MRE在0~500 mT磁感应强度下其剪切模量变化值达到132.43 kPa,磁流变效应约提高274%;增大加载幅值和加载速率,均能提高MRE阻尼器的力学性能;对阻尼器施加电流激励,在0~10 A增大过程中其等效刚度和阻尼可以实现连续可调。仿真结果表明:基于MRE阻尼器的半主动控制系统可以有效减小结构在地震作用下的响应,3种控制均能对结构动力响应起到良好的控制效果,其中序列最优控制算法的控制效果最为显著且精确度更高;系统在实际测试中需考虑多方面因素影响,尽可能减小误差。

基于改进LSSVM算法的柔性飞机起落架智能半主动控制技术

提出了基于改进LSSVM算法的柔性飞机起落架智能半主动控制技术。充分考虑柔性飞机结构振动模态,构建飞机起落架智能半主动控制力学模型。根据半主动控制起落架结构,采用剪枝算法构造最小二乘支持向量机优化函数,使控制过程具有稀疏性。计算双气室缓冲器的气体弹力、油孔液压阻尼力和轮胎压力,分析飞机落下、滑跑在动力学模型中的非线性动力学特征。构造起落架二次型性能指标函数,用线性二次型调节器设计起落架最优控制结构,导出最优控制律。由实验结果可知:该技术在缓冲距离为0.25 m时功量达到最大为0.9×10^(5)N,与实际着陆功量控制效果一致;最大位移为0.47 m,仅与实际存在最大为0.01 m的误差,使飞机在平衡位置减少振动响应,保持飞机起落稳定。

管路脉动噪声前馈主动控制算法优化

噪声主动控制技术通过传感器采集噪声源信号作为输入,自适应算法输出信号驱动作动器抵消原有噪声,控制效果很大程度上取决于控制算法的性能。目前对于液体管路脉动主动控制的相关研究较少,需设计一种适用液体管路脉动噪声主动控制的算法。对传统宽带前馈FxLMS算法原理进行分析,针对管路脉动噪声低频线谱特征,设计线谱频率追踪算法进行峰值频率提取控制;对于作动器对参考信号造成的耦合干扰,设计声反馈补偿算法消除。设计试验将传统算法和优化后算法的脉动衰减效果进行对比,结果表明优化算法对不同频率的脉动线谱都具有衰减效果,相比宽带前馈算法提升约2 dB的脉动衰减量。

基于双延迟深度确定性策略梯度的受电弓主动控制

弓网系统耦合性能对于高速列车受流质量起着至关重要的作用,提高弓网耦合性能,一种有效的方法是针对受电弓进行主动控制调节,特别是在低速线路提速及列车多线路混跑时,主动控制可通过提高弓网自适应适配性,有效降低线路改造成本并提升受流质量。针对受电弓主动控制问题,该文提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)的深度强化学习受电弓主动控制算法。通过建立弓网耦合模型实现深度强化学习系统环境模块,利用TD3作为受电弓行为控制策略,最终通过对控制器模型训练实现有效的受电弓控制策略。实验结果表明,运用该文方法可有效提升低速线路列车高速运行时弓网耦合性能及受电弓在多线路运行时的适应性,为铁路线路提速及列车跨线路运行提供新的思路。

软岩隧道NPR锚索主动控制关键技术

为解决横断山区软岩隧道的大变形问题,本文以云南省昌宁至保山高速公路昌宁隧道为工程背景,采用理论分析、现场试验等方法,从作用机理、支护方案、施工工艺等方面对软岩隧道开展了高预紧力恒阻大变形(NPR)锚索主动支护及关键技术研究。结果表明:被动支护下,隧道围岩节理裂隙发育、黏土矿物含量高、围岩强度低、微观结构存在细小溶蚀孔、结构疏松等是昌宁隧道围岩发生变形破坏的主因;提出了“NPR锚索+PR锚索+“W”钢带+高强柔性网”主动支护技术,并通过现场松动圈测试等试验,确定了NPR锚索、PR锚索等的支护参数;针对极破碎围岩及含水软岩的特殊环境,提出了“先喷后支+复喷”和“锚固端下缘封堵+钢绞线端头加丝”NPR锚索主动支护优化技术;现场试验结果表明,NPR锚索主动控制技术能够有效控制软岩隧道围岩大变形,最大变形量由原来的2125 mm控制到300 mm以内,保障了隧道支护结构的安全。

智能约束层阻尼结构动力学建模及振动主动控制研究

基于耗散坐标与GHM(Golla-Hughes-Mctavish)模型建立智能约束层阻尼悬臂梁结构的动力学模型,并研究智能约束层悬臂梁结构的振动主动控制。针对结构模型自由度过高问题,分别在物理空间和模态空间对结构模型进行联合降阶处理。先通过具体算例验证了该研究建模方法的正确性,然后比较研究了压电片和黏弹性层铺设位置对系统振动控制效果和控制成本的影响。最后验证了结构简化模型的普遍适用性。研究结果显示,在控制器反馈增益相同的条件下,压电片和黏弹性层的位置越靠近固定端,系统控制效果越好,控制成本越小。简化的模型对含有噪声的输入信号也有较好的控制效果。

雨刮-风窗摩擦噪声声品质主动控制自适应均衡算法

雨刮-风窗摩擦噪声是影响车内声品质的重要因素之一,对其声品质主动控制有利于改善车内声学环境。为了实现对雨刮-风窗摩擦噪声声品质主动控制,提出一种基于集合经验模态分解的权重约束自适应噪声均衡(ensemble-empirical-mode-decomposition weight constrained adaptive noise equalizer,EWCANE)算法。首先通过集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)方法分解雨刮-风窗摩擦噪声得到非平稳度较低的固有模式函数分量,计算各分量的方差比以表征各分量对噪声的影响程度;然后基于输入信号和误差信号的欧式范数以自适应对滤波器权重进行约束来降低噪声的瞬态冲击;最后根据方差比调整声音增益因子以均衡各分量的声品质主动控制。经过仿真验证,实车雨刮-风窗摩擦噪声信号响度得到有效降低,改善了雨刮-风窗摩擦噪声的声品质。

基于塔内位移观测器和均衡空间低维控制器的高塔结构振动主动控制系统

高塔结构振动适合也需要主动控制技术,但需要满足位移直接观测和单点控制下的低维高效控制。本文应用现代摄像观测技术,建立了一套从塔内实时连续观测振动位移的方法,为高塔结构振动主动控制提供了最直接的位移观测器,避免了以往只能建立加速度观测器,经滤波后再与假定的外荷载结合计算输出位移的冗长过程。基于均衡系统空间变换和平衡截断法,对顶端设置主动质量块的高塔结构进行降维,可以有效保留结构的主要动力特性。以某施工状态的700 m高塔为例,进行了风振和地震的主动控制仿真分析。结果表明:以少数位移状态作为反馈信号的降维控制器的控制效果和基于全状态反馈的全维控制器基本一致,可以作为高塔结构振动的主动控制策略。

基于改进遗传算法的磁流变阻尼半主动控制系统整体优化

为解决磁流变阻尼半主动控制系统中控制算法参数、阻尼器参数与布置位置优化问题,提出一种改进的自适应小生境遗传算法.该遗传算法在选择策略、交叉和变异操作、交叉概率和变异概率的自适应调整等方面作了改进,并同时采用预选择机制和共享机制这两种小生境技术.算例分析结果表明:改进的自适应小生境遗传算法和改进的基本遗传算法优化结果总体一致,表明前者分析结果是正确的;前者首次得到最优解耗费的机时比后者平均少32.7%,可见前者比后者收敛速度更快;30次优化分析结果表明,前者比后者稳定性更强;经前者优化的磁流变阻尼半主动控制系统取得良好减振效果,El Centro波、集集波、人工波输入时,半主动控制结构层间位移角和绝对加速度的最大值较无控时分别平均减小64.1%、54.7%、55.9%.算例表明了改进的自适应小生境遗传算法的有效性,实现了对磁流变阻尼半主动控制系统的整体优化.

基于导纳响应的左特征结构配置振动主动控制

主动控制可以通过施加控制力作用于结构系统来有效控制结构低频振动噪声,在振动噪声控制领域具有重要的意义。本文提出一种基于导纳响应配置左特征向量的主动控制方法,通过实际测量的结构导纳响应,利用振动系统左特征向量与激励之间的关系来实现结构振动主动控制。首先,基于导纳响应推导特征值与左特征向量的配置,无需建立结构的系统模型,或知道原结构系统的M、C、K矩阵;其次,利用左特征向量的冗余空间,将闭环系统的左特征向量配置成与激励力向量正交的形式,实现结构振动的主动控制;最后,通过数值算例验证此方法的有效性和正确性。

社会交互情境中的主动控制感

主动控制感是人与环境交互过程中产生的控制自身动作并控制外界事物的体验,它既存在于个人情境中,也能产生于社会交互情境下。本文围绕社会交互情境中的主动控制感,首先依据行动主体目标、社会层级等区分了竞争、合作和层级式社会交互情境,分别阐述了各种社会交互情境对主动控制感的影响,并总结了以额-顶网络为主的脑机制;随后,探讨了社会交互情境中主动控制感和责任感的关系;最后从社会交互情境之间的主动控制感比较、多人互动情境中的主动控制感以及社会交互情境影响主动控制感的神经机制等方面对未来研究进行了展望。

基于可变阶陷波算法的混合动力汽车阶次噪声主动控制

针对混合动力汽车发动机多工作转速下阶次丰富且变化所导致的并联加速工况主动降噪效果下降问题,提出了一种可变阶陷波FxLMS算法,并建立相应的多通道发动机噪声主动控制系统。在MATLAB/Simulink中针对某七座混动MPV车搭建多通道发动机噪声主动控制仿真模型,使用实车声学路径、各工况车内噪声及发动机转速信号,对两种陷波FxLMS算法进行降噪仿真和比较,仿真结果表明,可变阶陷波FxLMS算法可以针对各充电转速点特定的阶次进行降噪,相比于传统的陷波FxLMS算法,主驾及第三排左、右耳4个位置处的总体降噪量分别提高了28.5%、60%、50%及50%。通过实车试验验证了在70~100 km/h加速工况下采用可变阶陷波FxLMS算法的发动机主动噪声控制系统的降噪效果,该系统对2阶、5阶、5.5阶、6阶、6.5阶、7阶和8阶的发动机噪声均表现出良好抑制作用。

串联囊式压力脉动衰减器气压主动控制方法研究

针对现有串联囊式衰减器(囊式衰减器)压力适应范围窄的问题,提出了通过气压控制系统实现囊式衰减器气囊内部气压主动跟随液压系统工作压力变化的方法,使囊式衰减器在不同工作压力时均具有良好压力脉动抑制性能。在建立气动伺服控制系统数学模型的基础上,分别采用比例积分微分(proportional integral derivative,PID)及模糊PID控制方法实现了囊式衰减器气囊内部气压主动跟随系统工作压力的变化,分析了系统工作压力的变化频率、振幅、气瓶充气压力等因素对气囊内压力控制性能的影响,在理论上证明了所提出方法的可行性;分别通过声学仿真软件和试验研究了采用与不采用气压主动控制时囊式衰减器对压力脉动的抑制性能,研究结果均表明采用气压主动控制方法时囊式衰减器对液压管道系统压力脉动的衰减幅值更大、压力适应范围更广,进而验证了所提出气压主动控制方法的有效性与可行性。

惯性作动器物理参数对振动主动控制性能的影响分析

为研究惯性作动器(Inertial Actuators,IAs)物理参数对振动主动控制性能的影响,通过惯性作动器的动力学方程结合H2优化理论,以被控系统动能为目标函数,结合林纳德-奇帕特(Liénard–Chipart)稳定性准则计算得到惯性作动器主动控制的临界相对增益。进一步分析质量比、刚度比和阻尼比对相对增益和控制效果的影响。研究结果表明,惯性作动器的最佳相对增益与刚度比成反比,降低惯性作动器刚度可以提高相对增益并改善控制效果。此外,质量比的增加也有利于改善控制效果。最后,推导得到相对增益最佳时惯性作动器控制效果与其物理参数的关系式,可为惯性作动器参数设计提供理论指导。

一种基于NARX神经网络的振动主动控制方法

针对主被动混合隔振系统中次级通道的非线性因素和时变特性,设计一种基于有源非线性自回归神经网络(Nonlinear Auto-regressive With Exogenous Inputs Neural Network,NARX-NN)的次级通道系统辨识的方法,并成功应用于振动主动控制系统中。首先,使用NARX神经网络对次级通道进行辨识得到准确的次级通道模型;其次,采用FIR滤波器重构初级通道的输出,从而获得作动器的输出信号,基于重构得到数据对辨识的网络进行在线学习,可以避免由白噪声激励在系统中带来的随机振动对控制效果的影响;最后搭建仿真模型以及实验平台,仿真结果表明,该控制算法可以克服次级通道的时变性导致的次级通道失真问题;实验结果表明,该算法对15、20 Hz的线谱分别取得30.1、40.4 dB的能量衰减效果,能够有效地实现振动主动控制。