基于多翼型特征的非奇异变形感知方法研究

针对传统变形感知方法在复杂翼型结构中常见的病态、奇异等问题,提出了一种基于多翼型特征的非奇异变形重构模型。依据Timoshenko梁变形理论,采用依存插值技术离散单元位移场,建立理论截面应变与测量应变的最小二乘变分函数,推导单元节点变形与测量应变的积分重构模型。该模型的位置无关性有效消除评估截面选取不当引起的奇异,增强重构模型在复杂翼型结构中的适用性。同时,针对应变传感器服役期间常见的环境扰动,以重构精度与鲁棒性为评估指标,建立自适应多目标粒子群优化模型。实验结果表明,提出的重构模型整体测量精度较高,在机翼变形量小于20 mm范围内最大绝对误差为0.26 mm,最大相对均方根误差为0.42%;当变形量增大时,绝对误差随之增大,但相对均方根误差不超过3.5%。因此基于多翼型特征的非奇异变形重构模型能够满足机翼实时重构需求,有效扩展变形感知方法在复杂结构中的应用价值。

FRP层压复合梁结构屈曲变形在线监测方法

为了实现梁结构屈曲变形在线监控,提出了一种FRP层合梁屈曲变形重构方法。首先,依据高阶剪切变形理论,提出了一种复合梁结构变形场描述方法,并基于冯卡门应变梯度理论,推导出了中性轴应变表述方式。然后,利用最小二乘变分法建立了位移重构模型。其中,利用四次B-样条基函数构造了屈曲变形位移插值函数,推导了理论中性轴应变计算公式。并基于少量应变测量,提出了非线性项应变解耦方法,建立了测量应变与实测中性轴应变转换关系。最后,为了验证所提方法的精确性,以25层碳纤维复合梁为样件,搭建固定-简支梁试验平台,对其进行数值计算和试验论证。结果表明,建立的屈曲变形重构模型在不同轴向载荷作用时,位移场重构误差均小于8%。

大型相控阵天线结构保型设计研究

针对某大型相控阵天线自重大、表面精度要求高、加强筋安装位置受限的特点,本文进行相控阵天线阵面保型的结构方案设计。考虑到加强筋安装位置和型材受限,提出了连续化过滤函数,使得型材变量与连续变量进行映射,将离散变量拓朴优化转换为连续变量拓朴优化求解,提高了求解效率,降低了求解的规模。同时,为降低支腿驱动力,以调整机构条件数为目标进行铰节点的布局优化,并进行了静、动力的计算,确定了支腿最大驱动力。对某大型相控阵雷达进行了案例验证,收到满意的结果,并且该方案将应用到工程实际中。

大型射电望远镜悬索馈源支撑系统静刚度分析

针对大射电望远镜(LT)悬索支撑系统特殊的结构形式,对6索组成的馈源支撑系统的静刚度进行分析。首先,对舱索系统静平衡方程沿馈源舱运动方向上求导,同时考虑到悬索刚度随其应力变化而呈现几何非线性的特点,给出了馈源支撑系统静刚度的公式。其次,在上面结果的基础上,分析了一个定点位置下馈源舱在外界扰动下的振动情况,通过与大型射电望远镜50 m室外模型振动试验结果相比较,说明了静刚度求解方法的有效性。最后,给出了大型射电望远镜50m模型馈源舱运动空间边缘的悬索应力与馈源支撑系统刚度的关系。

复杂机构的控制与结构同步优化设计

本文研究了非线性机构控制与结构同步优化设计问题。提出了一种复杂系统敏度分析的数值求解方法,该方法首先通过滑模控制器将非线性动力学方程化简为一个线性微分方程;然后,利用Newmark积分法,获得系统对设计变量敏度的数值解;最后,以Stewart平台为例,介绍了该方法的应用过程。数值结果说明了方法的有效性。

非线性变结构不确定连续系统的反馈控制

针对具有变结构且对象未知的单输入单输出的非线性系统模型的特点,基于自适应模糊,提出了一种具有投影功能的新型"扩张状态观测器".该方法能有效跟踪变结构非线性系统的各阶状态变量,拓宽了非线性状态误差反馈控制器和自抗扰控制器的应用范围,同时给予了稳定性证明.最后,通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性.

具有慢速时滞机动目标三维跟踪

目标运动状态模型的建立是机动目标跟踪的关键问题．本文首先通过对目标加速度的运动建模．建立了具有时滞的目标状态运动学模型．然后,应用H∞滤波算法进行了跟踪．大射电望远镜50 m模型实验结果表明馈源舱在恒定速率运动的条件下,本文算法显著提高了徕卡(Leica)的测量精度．

非线性离散系统的自适应反馈一步向前预测控制方法

针对时变、滞后、反馈时间慢且参数未知的非线性离散时间模型系统的特点 ,提出了一种自适应反馈控制方法 .在方法中 ,考虑到调整时间内反馈信息少与工程易实现的要求 ,采用多层预报的方法 ,对模型跟踪误差进行一步向前预测 ,进而利用预测结果对模型和输入做进一步修正 .此外 ,对算法的收敛性和稳定性从数学上给出了说明 .并通过数值仿真验证了方法的可行性和有效性 .

一种正交向量基结构动力模型修正

针对矩阵修正方法不能保存原模型的连接信息以及计算效率低的缺点,基于多自由度振动和矩阵奇异值分解(SVD)理论,提出了一个具有SVD的模型修正方法.该方法引入矩阵重组技术以及采用SVD理论使未知参数的维数从n×2n降低到1×2n维,因而提高了矩阵修正法的计算效率.在此基础上对修正结果进行矩阵物理化处理,恢复了原模型的连接信息.最后,通过数值算例证明了该方法的有效性与可行性.

输入不确定的6自由度悬索并联机器人位置控制

大射电望远镜工程中,六根大跨度的悬索被用来牵引馈源舱,实现馈源舱大范围的位置和姿态空间扫描运动。基于此,考虑到舱索系统的惯性主要集中在馈源舱上,且舱体运行速度缓慢以及索结构间的强耦合的特点,基于牛顿欧拉方程和舱索非线性准静态静平衡方程,建立馈源舱动力学模型。将悬索模型的误差视为外部对馈源舱系统的未知扰动,利用扩张状态观测器(ESO)对馈源舱的各阶状态及未知扰动进行有效的估计,在此基础上提出具有强鲁棒性自抗扰滑模控制器,并证明该控制器的稳定性。数值结果说明了方法的可行性和有效性。

节点坐标不确定的六自由度Stewart平台位置控制

针对Stewart平台铰节点坐标明显影响其动力规划的特点, 基于节点坐标未知部分变化范围不大的具体情况, 利用比例积分观测器(PIO)对动平台输出量进行有效的修正, 并在此基础上得到了针对Stewart平台的多输入多输出高增益反馈控制器. 数值结果说明了方法的有效性.

索网式展开天线网面精度调整的控制方法

针对索网式星载可展开天线调整节点之间强耦合的特点,本文研究了展开天线网面精度调整的方法。首先,基于Lagrange方程建立了网面物理模型,并推导了网面的刚度矩阵。基于刚度矩阵,在仅知道调整索节点位置量的条件下,提出了索网反射面调整的自适应控制方法。仿真结果验证了模型和控制方法的可行性与有效性。

大射电望远镜舱索系统的控制与实验

大射电望远镜(LT)馈源舱的大范围空间扫描运动是通过6根大跨度的绳索收放来完成的。针对系统中的索结构之间强耦合以及模型变结构的特点,推导了输入索和输出索之间的关系矩阵的递推公式,并证明了递推公式的稳定性和收敛性,在此基础上提出了一种具有神经网络非参数模型自适应控制的方法,最后通过LT50m室外模型实验证明了该算法的有效性。

大型射电望远镜运动索网反射面的建模与控制

针对大型射电望远镜整体索网主动主反射面的特殊结构形式,基于虚功和Hamilton变分原理,建立运动索网反射面动力方程,在此基础上,通过Lyapunov稳定性条件,得到的未知参数估计的自适应算法,并根据主动索网调整具有耦合和多输入多输出的特点,应用H∞最优控制理论,得出了具有鲁棒性的控制算法。数值仿真结果验证了方法的有效性和合理性。

利用频响函数对阻尼结构进行模型修正的方法

基于频响函数和模型缩聚技术提出了一个动力结构模型修正方法。与传统频响函数法相比,由于引入了阻尼刚度比,减少了修正参数,提高了计算效率。并且针对传统频响函数法测试维数过高的缺点,引入模型缩聚技术,降低了模型测量维数的要求。数值算例证明了本方法的有效性与可行性。本方法可以对有阻尼的模型进行修正,克服了模态修正法的缺点;利用模型缩聚减小了测试点的数目,引进单元阻尼刚度比。与传统的频响函数修正法相比,减少了修正未知数,提高计算效率,并且修正结果也较准确。

大型射电望远镜悬挂馈源舱-Stewart平台系统耦合分析

针对大射电望远镜悬挂系统特殊的结构形式,采用分离舱索系统和Stewart平台,应用有限元和牛顿-欧拉方程混合方法,提出Stewart平台与悬索馈源舱系统的混合动力学耦合方程,在此基础上,应用最优控制理论,通过Ham ilton-Jacobi-Isaacs不等式,探讨了耦合方程的解耦问题,得出在一定条件下具有鲁棒性的Stewart平台所允许的最大质量。数值仿真验证了方法的有效性和合理性。

缓慢运动索振动主动控制研究

对应用于大射电望远镜中的索振动问题进行了研究,建立了索振动的微分方程,进而由Hamil ton原理求出了抑制索振动的优化控制力并利用支承轴向移动对索自由振动实施主动控制,减小了拖动馈源舱柔索的振动幅度,对所提方法通过数值计算加以说明。

基于小波的非线性系统在线状态估计

针对一类单输入单输出的不确定的非线性系统模型,给出了一种新的基于小波多尺度技术的在线状态估计算法.该算法先对非线性系统进行线性展开,利用合适的小波基函数对被噪音污染的采样数据进行小波分解并辨识出未知参数;通过应用上面的结果对Kalman最优状态估计进行补偿,以达到抗干扰的目的.数值仿真结果验证了该方法的可行性和有效性.

柔性支撑下的Ste wart平台速度控制

针对大射电望远镜中舱索系统与Stewart平台存在强动力耦合特点,研究了柔性支撑下的Stewart平台位姿跟踪问题.将两系统的动力学耦合视为对Stewart平台的未知外扰,通过利用高增益状态观测器,提出了柔性支撑下Stewart平台速度控制方法.数值仿真表明该方法有效地抑制了两系统间的动力耦合影响,提高了Stewart平台的扫描精度.

索系馈源支撑结构控制方法的研究

大射望远镜(LT)采用六根大跨度的钢索驱动馈源舱完成大范围扫描跟踪。针对系统中的索结构之间强耦合以及模型变结构的特点,基于非参数自适应技术,提了一种具有神经网络自适应反馈控制的方法。该方法对于馈源舱做空间轨迹跟踪时索质量时变具有一定的鲁帮性。LT50m模型实验结果表明馈源舱的定位精度达到1.5cm。