颗粒阻尼器耗能特性及振动抑制研究

机电控制系统受振动影响易发生故障,严重影响飞行安全,本文通过颗粒阻尼器对机电控制系统进行振动抑制研究,采用离散元仿真方法研究阻尼器的耗能变化规律与振动幅值、振动频率和颗粒数量的影响关系,并通过BP神经网络对颗粒阻尼器耗能数据进行训练和预测;通过机电控制器的随机振动试验,验证离散元仿真结论与BP神经网络预测模型的准确性。结论表明,离散元仿真在振动频率20~40Hz、激励幅值2~16mm范围内,其他条件一定时,阻尼器耗能随频率和幅值的增大而增大,随颗粒填充率先增大后减小,在57%~70%填充率范围内具有最佳耗能效果;在机载系统随机振动试验中,颗粒阻尼器填充率处于30%~90%范围内均表现出较好的振动抑制效果。仿真和试验结果对颗粒阻尼器在机电控制系统中进一步应用具有指导意义。

基于应变模态振型的复合材料梁结构损伤位置辨识

针对悬臂式复合材料结构健康监测需求,研究了一种基于光纤Bragg光栅(FBG)传感器与应变模态振型的结构损伤位置辨识技术。借助有限元仿真方法,建立了悬臂式复合材料梁结构力学模型。通过数值仿真,得到应变模态振型对于该类型结构局部损伤位置的响应特征。在此基础上,分别提出了基于应变模态振型变化差值和应变模态振型变化率的2种损伤位置辨识方法。根据数值仿真结果,验证了基于上述2种指标进行损伤定位的可行性。采用FBG传感器,构建了基于应变模态振型的悬臂式复合材料梁结构损伤监测系统,实现针对模拟损伤位置的辨识。

非线性准零刚度系统分岔控制方法

以超稳定车载隔振平台为依托,建立环绕式侧向弹性支撑构成的准零刚度系统,研究该系统的非线性动力学特性和振动主动调节方法,以获得优异的振动隔离效果。根据系统总体刚度和位移关系确定系统结构参数,采用谐波平衡法求解获得系统动力学响应规律和非线性幅频响应函数。进一步对系统的非线性分岔特性进行主动控制方法研究,获得准零刚度系统的分岔控制方法,通过选取适当的控制参数消除系统分岔。仿真结果表明:分岔控制方法在合适的控制参数下能有效消除分岔以及达到振动抑制的效果。

基于P ID控制方法的模糊变增益振动主动控制试验研究

结合模糊控制方法智能化的特点,设计出一种不依赖模型参数且可以自动调节控制器增益的控制算法。该方法以比例、积分和微分(Proportional integral and derivative,PID)控制为基础,根据系统输出及输出变化率自动调节控制器增益,使控制系统具有更强的适应能力。同时针对振动测试信号中含有噪声干扰和直流分量的情况,构造依赖模型部分参数的二阶窗函数,在保证不改变受控模态信号特征的同时有效衰减非受控模态信号干扰及直流分量。建立悬臂梁模型进行试验验证。结果表明,该方法能够使受控系统的振动幅值减小到开环时的5%以下,其效果明显优于普通PID控制。并且,通过引入二阶窗函数,系统在具有非受控模态信号干扰的情况下能够保持有效控制,使算法具有更好的稳定性和鲁棒性。

基于随机游走和输入估计方法的振动主动控制研究

为研究未知外扰作用下动力学系统的振动主动控制问题,结合Kalman滤波和LQG(linear quadratic Gaussian)控制方法,提出了基于随机游走和输入估计的振动主动控制方法。为尽量获取未知外扰信息,首先采用随机游走模型构建未知外扰信号的离散递推形式,并将其作为辅助状态引进受控系统的状态方程。然后,借助具有信号识别和跟踪能力的Kalman滤波原理,对含有辅助状态的系统进行状态估计,从而得到未知外扰的估计值。根据系统已知测量输出、未知状态及外扰的估计值构造系统目标函数,采用LQG方法求解系统最优控制输入。最后针对sdof和2dof模型进行数值仿真,结果表明受控系统在非随机和随机外扰激励下都具有良好的控制效果,且控制精度优于传统LQG方法。

基于ERA模型辨识的H_∞振动主动控制试验研究

针对外扰作用下的尾撑式风洞测力模型进行H_∞鲁棒控制试验研究。采用ERA算法(Eigensystem Realization Algorithm)进行模型辨识,可直接获得受控系统动力学方程。为保证系统的稳定性和鲁棒性,结合H_∞混合灵敏度优化方法设计控制器,实现受控模型垂向前两阶模态的振动控制。试验结果表明,结合ERA辨识模型设计的控制器能够有效抑制模型振动,能够将前两阶振动幅值抑制到无控制时的10%以下。

一类输出时滞系统的振动主动控制方法研究

为实施一类受复杂外扰作用结构系统的低频振动控制,相应的控制系统需引入高阶低通滤波器来消除输出测量中的噪声和高频干扰,以避免观测溢出,从而形成了含输出时滞的受控振动系统。为补偿该类滤波器带来的时滞影响,提出了考虑输出时滞的最优控制方法。首先采用Moore-Penrose广义逆求解方法将含有输出时滞的系统方程转换为对应的输入输出描述形式;然后利用扩维方法将含时滞的系统转换为不显含时滞的系统,并采用传统的LQ方法设计相应的控制律。最后以实际风洞测力试验模型的低频主动减振为研究背景,进行相应的数值仿真和实验验证。结果表明,该方法能有效抑制这类输出时滞系统的低频振动。同时确保输出信号中的高频成分和噪声干扰得到很大程度的衰减,有效避免了控制器的观测溢出问题。

车载系统主被动联合振动控制研究

针对车载系统行进过程中产生的结构振动,提出被动隔振和主动减振相结合的方法对结构弹性振动和刚体振动进行抑制.一方面,针对结构弹性振动,在车载结构和车体之间安装隔振装置,选择合适的隔振器参数,对车载结构的弹性振动进行隔离.另一方面,结合刚体振动抑制的需求,进一步研究小阻尼隔振器带来的结构低频刚体振动.对隔振器和车载结构形成的新系统采用主动控制方法设计最优控制器,对这一类过驱动控制系统进行主动控制研究.通过主被动控制结合,实现车载结构全频段范围内的振动抑制,能够将系统刚体振动的位移均方根值抑制到无控制时的5%以下.

基于输入估计方法的振动主动控制试验研究

针对基于随机游走和输入估计策略的振动主动控制方法进行试验研究。该方法涉及的动力学模型既依赖于受控系统的基本物理参数,又与未知的外扰激励密切相关。采用模态识别方法离线辨识系统的物理参数,以获得系统状态方程;再利用随机游走模型将未知外扰视为辅助状态量构造新的状态方程,并借助Kalman滤波原理对新状态方程中未知状态进行估计,得到未知状态和外扰估计值。根据系统已知的测量输出、未知状态及外扰的估计值构造目标函数,应用LQG方法求解控制器增益,得到考虑未知外扰的最优控制输入。以柔性悬臂梁模型作为受控对象,对其实施振动主动控制,试验结果表明,该控制方法能有效抑制模型的前四阶模态振动,尤其对低阶模态控制,其效果远优于经典LQG控制方法。

飞机液压系统出油管路振动抑制方法研究

随着飞机液压系统的高压、高功率化发展,液压管路的振动问题开始凸显出来,降低液压管路的振动,对于提高飞机航行安全性具有重要意义。本文针对航空液压管路进行振动特性研究,获得管路振动固有频率随内部压力和流速的变化规律,进一步根据液压管路动力学参数可变的特点,设计刚度可调的半主动吸振装置,建立适合复杂系统动力学响应分析的多软件联合仿真方法,验证吸振装置和半主动控制算法的振动抑制效果。仿真结果表明,半主动振动控制方法对液压管路系统的振动能够起到有效的抑制作用,在吸振器有效频率范围内管路振动衰减能够达45dB以上。

输出时滞控制系统稳定性分析及控制器设计

考虑滤波器时滞对受控系统的影响,研究受控输出时滞系统的稳定性能。根据稳定性切换理论,确定多自由度受控系统的稳定时滞区域。经过分析获得受控系统脉冲响应衰减时间接近最短时的时滞量,在此基础上采用时滞引入法和滤波器设计法进行控制器设计。结合悬臂梁模型进行数值分析,结果表明:根据时滞系统稳定性分析设计的控制器能够使受控系统脉冲响应衰减速度提高80%以上,有效改善系统的控制效果和稳定性能。

跨声速风洞测力模型主动减振系统的试验研究

跨声速风洞测力试验模型通常采取尾部支撑方式,构成的模型系统刚度较低。试验过程中,受气流脉动力的作用,模型在进入大攻角试验状态时,极易产生剧烈的低频振动,严重影响风洞测力试验的正常进行。针对跨声速风洞测力试验模型系统及其动力学特性,采用主动控制技术来实现风洞模型的振动抑制。建立了一套计算机实时主动减振系统;利用自行研制的、具有激振与减振双重功能的作动器来实施控制,作动器直接装载于模型的内结构空腔,不改变或破坏试验模型的外形结构;基于学习控制策略,提出了相应的控制律设计方法,并给出了一种简单、实用的控制算法;以内含实际支撑装置的风洞测力试验模型系统为对象,通过大量的地面试验评估了整个减振系统的性能。试验结果验证了该主动减振系统的可行性与有效性。

基于速度-加速度时滞反馈的振动主动控制

在振动主动控制中,基于加速度测量信号,并考虑滤波器群时延引入的时滞,研究了一种时滞控制器设计方法。采用等维方法和状态导数反馈思想,提出一种速度-加速度时滞反馈控制器的设计方法。该控制器不含位移信号,可省去两次数值积分和去直流分量、趋势项这两个过程,并可避免由两次数值积分带来的累积误差。以粘帖有压电陶瓷和加速度传感器的智能梁为控制对象,采用该控制器控制其自由振动,并与速度-加速度反馈控制效果进行比较。仿真结果表明,当采用速度-加速度反馈直接控制时滞系统时,若时滞超出其稳定区间,该方法失效,而速度-加速度时滞反馈控制方法则具有良好的控制效果。

基于曲率优化的杆件弯扭变形精度提升方法

航空航天器结构在长期服役过程中,受到各种因素影响,存在各种飞行安全问题。针对连杆结构服役过程中存在的扭转弯曲工况,提出一种曲率信息计算优化方法,借助光纤Bragg传感器反演结构扭转弯曲变形。此方法能够减小杆件弯扭变形过程中因光栅栅区尺寸因素导致的数据测量误差,进而提升变形反演精度提升。ANSYS Workbench有限元仿真结果表明,这种方法与传统曲率递推变形反演方法相比,能够将扭转/弯曲变形条件下杆件变形监测与反演平均误差减小8%。小角度扭转/弯曲试验结果显示,进行曲率信息计算优化方法修正后反演所得变形量相对误差较修正前减小3.3%。研究结果表明,所提方法适用于杆件结构扭转变形监测场合,能够为未来航空器结构服役状态感知与自适应调整提供帮助。

跨声速风洞测力模型的降阶及H_∞减振控制

在风洞测力试验中,尾部支撑是一种广泛采用的模型安装方式。以该方式安装的风洞测力模型中,总体呈现低刚度特性。在试验进入大攻角状态时,低频气流脉动压力极易引起模型低频大幅俯仰振动,导致测试精度降低,甚至以疲劳方式破坏试验设备。针对一种采用尾部支撑方式的跨声速风洞测力模型,建立其有限元模型,结合模态截断及平衡降阶两种方法,对高维有限元模型进行降阶;基于低维的降阶模型及柔性结构的特点,采用简化的混合灵敏度优化方法,实现对测试中模型低频俯仰振动的主动抑制。仿真分析表明该主动减振方案有效且易于实现,对于大型复杂结构具有重要的实用价值。

悬臂式刚度自调谐吸振器动力学特性研究

根据轴力变化对悬臂式结构固有频率的改变规律,设计一种由压电材料驱动的刚度自调谐动力吸振器。首先,研究适用于这类吸振器的半主动控制方法,分别采用逐步寻优和遗传控制算法对吸振器固有振动频率进行实时调节;其次,结合实际受控系统进行动力学仿真分析;最后,在获得有效振动抑制的基础上进一步将吸振器应用于风洞测力模型的振动控制试验研究。试验结果表明:吸振器能够将风洞测力模型端部振动抑制效果提高至40dB以上,与其他类型的振动控制器相比具有更为优异的动力学性能。

航空液压管路系统动力学特性研究

随着航空液压系统的高压、高功率化发展,液压管路的振动问题愈加不容忽视,降低液压管路的振动,对提高飞机航行过程中的安全性具有重要意义。本文将对泵源脉冲条件下航空液压管路的振动特性进行研究,建立流体压力和流速影响下液压管路振动特性的数学模型,利用有限元软件ANSYS对实际液压管路系统进行建模和流固耦合仿真,获得相应的振动响应。结果表明:液压管路在不同的流体流速和流体压力条件下,其固有频率存在一定的变化;当流体脉动频率与弯管系统的固有频率接近时,系统会发生共振,振动幅值大幅度增大.