基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶

本文提出车辆坡道行驶的预见性时滞控制有效性概念,建立基于负时滞控制有效性的车辆坡道预见性驾驶的动力学控制模型,给出稳定控制的有效性判据.根据有效性控制理论,推导坡道前变速行驶的动力学特征方程,得到上坡和下坡预见性驾驶有效性控制参数范围.仿真结果表明,控制系统的有效性控制参数由不等式交集组成,与转弯系数、风阻系数和负时滞有关.选取合适的控制参数和时滞,有效设计冲坡(下坡)速度,减少油耗,实现无人驾驶车辆的生态驾驶.

磁悬浮列车磁轨耦合内共振分析

磁悬浮列车磁轨耦合共振能使车身剧烈振动,导致车辆平顺性变差。为研究内共振发生条件,建立单点磁轨模型,得到电磁铁和电磁铁电路间机电耦合动力学微分方程。根据多尺度法得到耦合系统频率满足2:1时的内共振幅频方程和内共振一次近似解。数值计算结果表明:电磁铁等效质量、电磁系数、电路总电荷量以及电磁铁线圈等效电阻等参数是影响电磁铁及电量振幅峰值的因素。通过分析磁轨之间的内共振参数特性,得出各参数对磁轨幅值的影响规律和内共振产生条件,可为磁浮列车悬浮系统稳定性设计提供理论计算方法。

基于超谐波共振频率敏感的微质量检测研究

提出了一种基于耦合梁超谐波共振的微质量检测信号倍频放大方法,以提高质量检测的灵敏度。考虑超谐波共振的倍频效应,建立了高、低频梁固有频率为1︰3的耦合悬臂梁动力学模型。采用多尺度法得到高频梁的超谐波共振幅频响应方程和低频梁的主共振幅频响应方程。设计了耦合梁质量检测试验,利用数据采集仪获取耦合悬臂梁中高频梁的振动信号。试验结果表明:低频梁自由端附着质量的变化引起固有频率漂移,经过高频梁超谐波共振产生3倍频率放大,提高了质量检测的灵敏度。

基于电子隧道效应的纳米梁非线性振动控制

以Euler-Bornoulli梁为振动模型,提出了基于电子隧道效应的纳米梁非线性振动控制方法。隧道效应电流具有高灵敏性、高精确性的特点,可用于检测纳米梁的振动信号。应用位移和速度电压反馈控制器,考虑时滞反馈影响,建立基于隧道效应的纳米梁时滞非线性振动控制方程,应用多尺度方法得到纳米梁主共振的幅频响应方程。研究了直流和交流激励电压、控制增益和时滞等参数与纳米梁振动非线性之间的关系,分析了减弱系统非线性、增强系统稳定性的影响因素。研究结果表明,通过选择合适的控制增益和时滞,适当减小直流和交流激励电压幅值可以降低振动的非线性,提高系统的稳定性。

考虑原子纵向位移单原子链横向振动压电控制

近年来,随着纳米制造业的发展,一维材料因其优异的物理性能,广泛应用于各类力电光热纳米器件。基于弦振动理论研究了考虑原子纵向位移的单原子链纳米线横向振动控制方法,针对单原子链类弦结构,采用模态叠加法,建立了单原子链横向振动的动力学方程,提出了一种单原子链横向振动固有角频率的计算方法,并得到了轴向力控制电压量子极限。考虑原子链的边界条件与振动结构的对称性,利用非线性方程组的迭代方法,得到原子的纵向位移。研究发现:纳米线轴向张力与链的长度是影响单原子链纳米线的固有角频率和共振频率的主要因素,通过控制单原子链两端的压电块轴向位移,可以改变原子链的轴向张力和单原子链的长度,从而改变原子链的固有频率。研究为单原子链谐振器和滤波器等分子器件研发制造提供理论基础和计算方法。

基于位移置换法的梁变形计算机仿真研究

利用位移互等关系计算单位载荷作用下的位移置换函数,通过变形叠加方法求解梁任意一点变形。推导在单位力作用下各种边界梁的位移置换函数,通过外载与位移置换函数互乘的积分求解梁变形解析解,得到梁变形计算表达式,利用Maple程序计算任意节点位移数值。设计计算机仿真算例,计算结果表明,位移置换法概念清楚、编程简单、计算效率高、适用范围广,为梁的变形计算提供一种简便计算模式。

基于梁结构超谐波振动的信号倍频放大研究

信号发生装置的倍频电路容易受到外界环境因素和器件尺寸的影响,导致工作稳定性变差,影响信号发生装置的性能。为此,本文提出一种基于梁结构机电耦合系统超谐波振动的信号倍频发生方法,给出了超谐波振动倍频信号放大条件。该方法利用激励信号激励梁产生超谐波振动,通过滤波电路滤除激励波信号,保留了激励波三倍频信号,实现了信号的倍频放大功能。设计了超谐波振动倍频信号试验发生装置和高低通滤波电路,滤除激励信号;利用数据采集系统采集超谐波振动信号。试验结果表明:本文的信号倍频放大方法能实现信号频率整数倍放大,超谐波振动倍频信号发生装置能产生稳定的倍频信号。

基于位移置换法的超静定梁变形解析计算

文中利用位移互等定理给出了单位载荷作用下的位移置换函数,通过变形叠加方法计算超静定梁任意一点变形。首先推导在单位力作用下各种边界梁的位移置换函数,然后通过外载与位移置换函数互乘的积分求解超静定梁变形解析解,再利用Maple程序计算任意节点位移数值,得到超静定梁变形曲线。计算实例表明,位移置换法计算梁的位移程式化,公式简单且概念清楚,编程方便且计算速度快,易于得到解析解。

电磁阻尼耦合悬架的内共振参数匹配分析

为了解决电磁阻尼耦合悬架因非线性振动机理复杂而存在机电耦合系数匹配困难,制约其在汽车领域中推广应用的问题,建立电磁悬架机电耦合动力学模型,推导悬架与电磁电路动力学微分方程,应用多尺度法,得到耦合系统中悬架与电路系统固有频率之比为1∶3时的内共振幅频方程和内共振一次近似解。结果表明:在调节电阻值接近线圈固有电阻的前提下,保持其他参数不变,分别改变线圈固有电感、电路电压以及外界激励幅值、频率的数值,会对悬架及电量的幅频响应曲线峰值产生不同影响;悬架的幅频响应曲线峰值随着线圈固有电感和电路电压的增大而减小,随着外界激励幅值与频率的减小而减小;电量的幅频响应曲线峰值随着外界激励幅值与频率的增大而增大,随着电路电压的减小而增大。

考虑气体扩散表面应力的纳米梁非线性振动分析

工业有毒有害气体泄漏检测存在传感器灵敏度不高、检测时间长的问题。为解决该问题,提出一种基于气体吸附应力的浓度分析方法。考虑纳米梁表面气体扩散产生的表面应力敏感效应,通过分析纳米梁非线性振动性质的变化,得到泄漏气体相关信息。以Euler-Bornoulli梁为非线性振动模型,建立考虑气体扩散表面应力的纳米梁非线性振动方程,利用多尺度方法研究气体扩散表面应力影响下的纳米梁非线性振动。通过分析幅频响应曲线,研究了扩散气体浓度、偏摩尔体积、扩散时间、阻尼、直流激励电压和交流激励电压等参数与纳米梁振动之间的关系,分析了改变参数来减弱系统非线性的方法。研究结果表明:不同的扩散气体、浓度、扩散时间会对纳米梁振动产生不同的影响,检测纳米梁的振动可以进行扩散气体信息的检测;通过改变系统参数可以降低系统的非线性振动,增强系统的稳定性。该研究工作从振动角度为检测气体浓度以及扩散速度提供一种物理检测方法和检测理论。

Optimal Control of Reinforced Plate Based on the Minimum Energy

An optimal control method based on the minimum energy of the vibration system is proposed for piezoelectric damping control of the reinforced aircraft plate.Subsequently,the dynamic equations of the piezoelectric damping reinforced plate system and the state space equations are derived.The method to determine the weight matrix of the system is presented based on the minimum energy of the vibration system.In order to obtain the optimal controller,the control parameters of the feedback controller are obtained by using the optimal method.A piezoelectric vibration optimal control experiment platform is designed to control the vibration of reinforced aircraft plate.The experimental results show that the method has good control performances.

变质量弹性梁结构动力学特性

以变质量弹性梁结构为力学模型,利用模态叠加法推导系统的运动方程,分析质量变化引起的非结构阻尼对系统振动的影响,使用自适应Newmark法求解系统的振动响应。设计变质量-弹性梁结构动力学测试试验,通过控制液体的流入流出实现系统质量的变化。采用时频分析技术处理时变系统的非平稳响应信号,在时频域上更全面得到了系统的振动特性。数值仿真和试验结果一致,说明建模以及试验设计的有效性。研究表明:系统质量减小会引起一个非结构负阻尼,对系统的振动影响非常显著,在机械臂等高精度结构设计时,不能忽略该非结构阻尼对系统振动特性的影响。