基于参数辨识的比例阀非线性摩擦自适应补偿控制方法

针对直动式比例换向阀在实际运行工况中受到非线性摩擦干扰的问题,从基于模型的摩擦补偿角度出发,提出了一种基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法。首先,采用受力分析法,推导了直动式比例换向阀的运动学方程,并使用斯特里贝克(Stribeck)摩擦模型描述了系统中受到的摩擦干扰的特性;然后,采用反步方法及李雅普诺夫(Lyapunov)稳定性理论,设计了自适应控制器,结合遗传算法,解决了参数自适应律中存在的参数耦合问题,并利用MATLAB软件对摩擦名义模型参数的在线辨识精度进行了测试;最后,搭建了比例阀特性实验测试平台,进行了直动式比例换向阀阀芯位置的跟踪响应测试,根据仿真结果,对基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法的摩擦补偿及控制效果进行了验证。研究结果表明:在基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法的控制下,阀芯位置跟踪响应误差可自动调整到1%以内;基于反步设计法和遗传算法的联合控制算法可以在基于较高精度在线参数辨识及自适应优化控制器参数的情况下,有效地消除直动式比例换向阀实际运行工况中的摩擦干扰,并对比例阀阀芯进行状态反馈自适应控制。

蔡氏电路静态非线性子电路的直接设计方法

首先总结蔡氏电路中静态非线性电路的两个并联限幅运算放大器构成分段的线性负电阻特性的电路结构,分析这种电路结构的不足之处是负电阻非线性的构成方法是两个不同折点线性叠加构成的间接方法.提出由一个负电阻电路产生分段非线性的非线性正电阻直接构成方法,指出这是一种钳位电路,设计出两种类具体电路,分别给出了电路仿真实验结果,分析了电路误差并指出这一误差并不影响电路性能的原因,也给出进一步修正误差的设计方法,分析了物理电路设计的问题.

集装箱船结构设计波浪载荷计算

考虑非线性波浪载荷,提出了集装箱船结构直接设计法中设计波浪载荷的确定思路和方法.按此思路编制了程序,并对一艘集装箱船作了相应计算,将弯矩传递函数计算结果与相应模型试验进行了比较,预报趋势和量值与模型试验结果都有较好的一致性.将非线性波浪弯矩计算结果与德国劳氏船级社(GL)规范公式结果及国际船级社协会(IACS)标准进行了比较,结果显示非线性中拱中垂波浪弯矩的比值处于GL和IACS之间,非线性中拱中垂合成弯矩较非线性波浪弯矩平均增加了20%到35%.发展了一种改进的非线性切片理论和方法,用于计算包括外飘砰击、底部砰击和甲板上浪引起的非线性波浪载荷,适合于确定非线性的设计波浪弯矩和合成弯矩.

考虑大变形的大展弦比机翼气动弹性优化设计

针对大展弦比机翼飞机自身特点,在结构大变形情况下,将弹性力学几何非线性理论引入到大柔性飞行器的气动弹性力学分析中,建立完整的几何非线性气动弹性分析方法框架。该方法主要包含两方面:结构非线性刚度和曲面气动力的计算。结合优化设计,为了提高优化设计效率,针对迭代过程进行有效简化。基于ISIGHT优化平台,发展一种适用于初步设计阶段大展弦比机翼在大变形情况下的气动弹性优化设计方法,有效地避免了结构大变形情况下线性气动弹性分析造成的设计偏差。为了摆脱对初始设计点的依赖,结合局部算法,采用组合优化策略,开展了大展弦比机翼的几何非线性气动弹性优化设计,首先应用蚁群算法定位目标极值在设计空间中所处的区域,再应用直接搜索算法对该区域精确寻优,获得更加准确的设计结果。

直接分析法在抗震设计中的运用

直接分析法因在分析过程中考虑二阶效应、结构整体和构件初始缺陷、材料弹塑性、节点连接刚性等对结构响应有影响的因素,使得分析和设计不再分离,从而在本质上解决了传统计算长度法在结构稳定性设计中的问题。该方法在众多规范中受到推崇,包括最新的钢结构标准(GB 50017—2017)。直接分析法生而具有的开放性,也使得它可以应用在结构分析和设计的各个阶段,实现各种性能目标。为满足直接分析法的要求,该文推导了基于力法的可直接考虑构件几何初始缺陷和残余应力的高性能梁柱单元。该单元还可考虑构件的弹塑性发展,具有很高的精度,一构件一单元即可适用于常见结构。该文探讨了直接分析法在抗震设计中的运用,提出基本分析框架,并指出分析中应注意的问题。

简支梁桥直接基于位移的减、隔震设计方法

基于位移的设计方法被提出以来,已应用于多种不同结构的抗震设计中,包括安装各种减、隔震装置的结构.该方法的核心是在给定强度的地震作用下对主梁定义明确的目标设计位移,通过采用位移谱进行设计,使结构能够满足一定的性能水平,同时考虑了减、隔震装置的设计位移能力和桥墩的位移延性能力.高速铁路简支梁桥的一些自身特性也有利于应用直接基于位移的设计方法,论述了该方法的理论基础和设计流程,并将其应用于高速铁路典型简支梁桥的纵向减、隔震设计,采用非线性时程分析方法对该方法的计算结果进行了验证,结果表明,该方法对规则高速铁路简支梁桥有较好的适用性.

集装箱船非线性波浪载荷作用下的疲劳损伤分析

本论文针对集装箱船结构直接设计中所涉及的非线性波浪载荷疲劳损伤问题从理论方法、计算和应用等方面开展研究.采用谱分析方法,研究了非线性波浪弯矩及砰击弯矩对船体结构疲劳损伤的影响,并完成一个实例计算.

直接加权优化辨识的最小概率设计

研究非线性系统辨识的一种新方法-直接加权优化辨识,对于该方法中未知权重值求取,采用统计学习理论中的最小概率准则作为逼近的误差准则函数。最小概率策略选择为最小化估计误差边界应小于某指定门限值的概率,此估计误差边界来源于有限个数的数据点。将最小概率准则转化为一个最大化问题,对于此最大优化问题,通过代数运算来求解此最大化问题以得到未知权重值的显式表达式。权重估计值有类似核估计的渐近收敛特性,且为独立未知噪声方差值的显式形式。最后用仿真算例验证本文方法的有效性。

舰船非线性设计值的水弹性直接计算方法

目前各国军规对水面舰船设计载荷的计算还只停留在刚体理论,但随着舰船主尺度的日益增大,船体弹性效应对载荷响应的影响已越发不容忽视,通过水弹性理论计算和试验两方面,与国内规范的设计载荷计算方法进行了比较分析,发现国内规范中对于极限工况下的砰击载荷的贡献考虑不够充分,为此,基于三维非线性时域水弹性理论,对不规则波中船体载荷响应预报方法进行了阐述,提出了一种非线性设计载荷的直接计算方法。基于直接计算方法,提出一套新的水面舰船设计值计算流程算法。通过比较后发现,采用本文修改后的规范算法得到的设计值,与直接计算方法结果更为接近。新的设计载荷计算程序的有效性和准确性得到了证实。

自复位钢木混合剪力墙结构直接基于位移的设计方法及易损性分析

提出一种适用于自复位钢木混合剪力墙结构的直接基于位移的设计方法,并设计了一栋6层自复位钢木混合剪力墙结构,通过非线性时程分析对设计方法的合理性进行了验证。进一步选取50条地震动记录进行结构的非线性时程分析,研究了结构在地震作用下的损伤状态。基于云图法的易损性分析,获得了6层自复位钢木混合剪力墙结构针对不同性能目标的易损性曲线,研究了自复位系数对结构易损性的影响。研究结果表明:直接基于位移的设计方法适用于自复位钢木混合剪力墙结构的分析,且可设置结构最大层间位移角和最大残余层间位移角为性能目标。结构在大震作用下具有良好的抗倒塌能力和自复位能力。

FPSO水下承载浮体中圆柱壳浮筒结构设计

介于海底油井与水面FPSO之间的水下承载浮体解决了深海输油管道对FPSO转塔结构强度要求很高的问题,但其下水操作仍繁杂耗时。针对此问题,文中提出了水下承载浮体中圆柱壳浮筒的新思路,实现了浮体的一次性下水安装。文中设计了承受均布外压、承受均布内压两种载荷形式的浮筒结构形式,尺寸不变即提供浮力一致的条件下,通过计算结构稳定性及强度,优选浮筒重量最小的结构参数和载荷形式:选择外压外环肋圆柱壳作为水下承载浮体中的浮筒结构。研究成果具有自主知识产权,可极大缩短深海石油开发中FPSO水下承载浮体的安装时间。

MMC-HVDC系统主设备参数的非线性规划设计方法

模块化多电平换流器(MMC)已成为柔性直流输电系统的主流拓扑结构,其主设备参数的设计对系统的投资和运行性能具有决定性作用。基于模块化多电平换流器的高压直流输电(MMCHVDC)系统关键主设备参数包括联接变压器二次侧额定电压、变压器漏抗、桥臂电抗、子模块电容等,单个主设备参数的独立设计忽略了不同设备多个参数之间的耦合特性。文中构建了不同设备多个参数设计的约束方程组和目标函数,并提出了基于非线性规划法对MMC-HVDC系统主设备参数设计的整体算法,该整体算法综合考虑多个参数和不同设备设计原则之间的耦合特性,从而达到可靠的优化设计结果。最后针对某MMC-HVDC系统工程进行了参数优化设计,基于PSCAD/EMTDC的计算和仿真结果基本吻合,验证了所提算法的有效性。

混合遗传算法在灌区渠道断面优化设计中的应用

应用混合遗传算法对农田水利工程中梯形灌溉渠道断面的底宽及设计水深等参数进行了优化设计。算例表明,混合遗传算法能有效解决渠道断面设计中的优化问题,且计算速度快、精度高,在工程优化设计中具有很强的实用价值。

基于指令滤波的直接自适应模糊控制

针对严格反馈型不确定非线性系统,提出一种基于指令滤波的直接自适应模糊控制方案。系统的未知非线性函数由模糊系统在线逼近,采用直接自适应模糊控制器,无需在线辨识控制对象的模型。通过设计指令滤波器对指令信号直接求微分,避免了对虚拟信号的反复求导。从而降低了控制器的复杂性,提高系统的控制性能。稳定性分析保证了闭环系统的所有信号都是有界的。仿真算例进一步验证了所提出设计方案的有效性。

基于非线性设计波的船体结构强度直接计算研究

针对规范公式不适用于小方形系数Cb<0.6的船舶以及线性设计波法不能反映波浪载荷非线性特征的情况,使用非线性设计波法研究了一艘小方形系数船的波浪载荷长期预报极值和波浪载荷与波高非线性变化规律,给出了非线性设计波参数的选取办法。根据参数,用非线性设计波法计算了船舶的波浪附加弯矩,并与线性设计波和规范公式两种方法得到的波浪附加弯矩进行了比较分析。分析结果表明,非线性设计波法能够反映出波浪幅值较大时波浪载荷随波高非线性变化的规律,以及中拱、中垂状态下舯剖面波浪附加弯矩的非对称特征,较线性方法更为合理。

基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法

为更加合理地进行基础隔震结构的抗震设计,以使用铅芯橡胶隔震支座(LRB)的基础隔震结构作为研究对象,提出了基础隔震结构直接基于位移设计(DDBD)的一体化抗震设计方法。对于给定地震水准下预先设定的性能目标(即LRB隔震系统最大水平变形和上部结构最大层间位移角),通过所提出的一体化抗震设计方法可以确定LRB隔震系统的力学性能参数并进行上部结构的结构设计。在该一体化抗震设计方法中,首先采用标准的DDBD方法并根据上部结构的目标位移曲线将上部结构等效为一个线性单自由度体系,从而将基础隔震结构等效为两自由度(2DOF)模型;然后通过LRB隔震系统的等效线性化和振型分解反应谱法,建立等效2DOF模型中隔震层和上部结构的位移反应与结构参数之间的解析表达式;基于该解析表达式,结合标准的DDBD方法提出了基础隔震结构直接基于位移设计的一体化抗震设计方法及流程。以一榀典型的钢筋混凝土基础隔震框架结构为算例,给出了使用一体化抗震设计方法的设计步骤和结果,并对所设计的基础隔震结构进行非线性时程分析。时程分析结果证实了该一体化抗震设计方法的有效性,该方法也适用于使用不同类型隔震系统的基础隔震结构。