非线性时变系统部分指数稳定的一次近似

通过非线性系统的线性化方法,讨论了一类非线性时变微分系统的解关于部分变量指数稳定的一次近似.利用齐次线性系统的Cauchy矩阵解、截断Cauchy矩阵解和Gronwall_Bellman不等式,得到了线性系统的解部分指数稳定确保原非线性系统的解局部部分指数稳定的充分条件,其中一些结果可以保证部分变量有不同的指数收敛率.最后给出了一些实例说明了所用方法的有效性.

基于一次近似模型的风力机叶片振动频率分析方法

为分析风力机叶片在旋转时的振动频率,采用刚-柔耦合一次近似模型,并考虑离心刚化效应,推导叶片在旋转时的动力学方程,并给出叶片的刚度和质量矩阵的表达式。最后,计算某风力机叶片在不同转速和不同轮毂半径下的振动频率。计算结果表明,一次近似模型中的刚-柔耦合效应对叶片旋转时的各阶振动频率均有较大影响。研究结果对风力机叶片的动力学设计具有一定参考价值。

生态系统稳定性的一次近似判据探讨

文章讨论了Volterra模型的一次近似稳定性判据,并给出了一些实用的代数判据。

近似锥-次类凸集值优化问题严有效解的广义鞍点刻画

本文研究集值优化问题严有效解的广义鞍点刻画问题。利用广义鞍点的性质和凸集分离定理,得到了广义鞍点的一个集分离性质,并且在近似锥-次类凸假设下建立了集值优化问题严有效解为广义鞍点的充分条件和必要条件。

基于国产MCU混合控制的高压直流变换器

LLC谐振变换器的电路分析采用一次谐波近似法(FHA),忽略高次谐波的影响。对于LLC谐振变换器的宽范围输入,只调节开关频率稳定输出电压,会出现输出电压超出允许范围的情况。根据归一化频率和电压增益曲线,当开关频率远离谐振频率时,FHA不再有效,会导致电压致增益失效。采用单一调节频率控制模式,不能控制输出电压的允许范围。因此,通过调节频率和调节开关管占空比的混合控制方式,稳定输出电压。控制芯片采用国产的HPM6300单片机,具有160 MHz主频。这里搭建功率为1.5 kW的原理样机进行实验验证,额定输入电压为400 V,电压输入范围为±10%,额定输出电压为1500 V。实验结果证实了理论分析和参数设计的准确性。

基于国产嵌入式芯片的全数字控制轨道交通高压直流LLC电源研究

[目的]采用高效率LLC(电感、变压器、电容)拓扑结构的高压直流电源在轨道交通领域应用广泛。但由于LLC电路的变频控制特性,难以实现全数字化,且国产化研究滞后,故有必要开展相关研究。[方法]基于上海先楫半导体科技有限公司(以下简称“先楫”)HPM6300系列的全数字控制LLC高压电源电路,采用一次谐波近似法分析并建立电路模型;分析了电路系统程序的控制流程;通过搭建功率为1.5 kW的原理样机,进行试验验证。[结果及结论]证实了采用国产先楫嵌入式控制芯片HPM6300 MCU(微控制单元)来搭建LLC试验样机,并通过PFM(脉冲频率调制)+PWM(脉冲宽度调制)混合控制能够实现宽范围输入,能快速稳定电压输出,后续可采用不同的控制方式,在结构上进行改变,以实现宽范围输入。

旋转悬臂梁的刚柔耦合动力学建模与频率分析

对固结于转动刚体上外接柔性梁的刚柔耦合动力学建模和频率特性进行了研究,在精确描述柔性梁非线性变形的基础上,利用Hamilton变分原理和假设模态法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形二阶耦合量的条件下,推导出考虑"动力刚化"项的一次近似耦合模型。首先忽略柔性梁纵向变形的影响,给出一次近似简化模型,引入无量纲变量,对简化模型做无量纲化处理,分析梁固有频率对模态截断数的依赖性;其次研究在一次近似简化模型和零次近似简化模型下,调谐角速度与共振现象的关系;最后分析一次近似耦合模型的动力特性。研究发现,为保证计算的精度,模态截断数应随无量纲角速度的增大而增加,合理的模态截断数具有收敛值;一次近似简化模型下悬臂梁横向弯曲振动不存在共振调谐角速度,一次耦合模型下柔性梁并没有出现屈曲失稳现象。现有典型文献的相关结论是值得商榷的。

旋转柔性梁的动力学建模及分析

基于一次近似理论,采用弧坐标分量和Cartesian坐标分量共同描述柔性梁的变形场,并采用Green应变张量描述应变能,用Hamilton原理建立系统动力学方程,揭示产生动力刚化现象的力学本质。采用有限元方法进行离散,基于数值实验系统地研究旋转柔性梁的动力刚化现象。计算表明,旋转柔性梁的横向固有频率随旋转角速度和中心刚体半径的增大而增大,从而只存在一阶临界转速,且当中心刚体半径超过临界半径时,不存在临界转速。

旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型．首先采用 Hamilton 原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究．研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知豹动力特性研究．研究结果显示，当系统大范运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差．一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究．

中心刚体-柔性梁系统的最优跟踪控制

对考虑阻尼影响的中心刚体-柔性梁系统的动力特性和主动控制进行研究．研究中考虑了3种动力学模型:一次近似耦合模型、一次近似简化模型和线性化模型．一次近似模型中同时考虑了柔性梁的轴向变形和横向变形．若在一次近似耦合模型中忽略轴向变形的影响,则可得出一次近似简化模型．线性化模型是对一次近似简化模型的线性化处理．另外研究中考虑了3种阻尼因素:结构阻尼、风阻、中心刚体轴承处的阻尼．控制设计采用最优跟踪控制方法．给出了从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法．研究结果显示,一次近似简化模型能够有效地对系统的动力学行为进行描述;阻尼对系统的动力学特性有着重要影响;当系统大范围运动为低速时,模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标,最优跟踪控制方法能够使得系统跟踪所期望的运动轨迹,并且柔性梁的弹性振动可得到抑制．

航空发动机叶片刚柔耦合动力学分析

航空发动机叶片是航空发动机重要零件之一,常常因共振而导致断裂失效。传统航空发动机叶片的振动特性分析普遍基于零次近似耦合动力学模型,该模型忽略了动力刚化项,得到的结果具有一定局限性。为了更加准确地分析高速转动的航空发动机叶片的振动特性,对叶片刚柔耦合动力学问题进行了研究。将叶片简化为柔性薄板,考虑面外变形和面内变形,并计入了面外变形引起的面内变形,即变形耦合项。采用假设模态法描述叶片的变形,运用拉格朗日动力学方程建立了做三维空间大位移运动的柔性叶片一次近似耦合动力学方程。同时采用多体系统动力学软件MSC.ADAMS对旋转叶片的动力学性态进行了研究,并将所得的叶片动力学理论模型结果和ADAMS的结果进行了比较。结果显示一次近似耦合模型理论结果与实际结果相符,而ADAMS和零次近似耦合模型在叶片高转速时仿真结果存在缺陷。基于所得的叶片一次近似耦合模型,对叶片振动频率、'频率转向'和'振型转换'问题进行了分析,验证了所提出的方法的可行性。

考虑附加质量的中心刚体—柔性悬臂梁系统的动力特性研究

对考虑附加质量的中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究。首先采用Hamilton原理和有限元离散 化方法,在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下,给出该系统的刚柔耦合动力学方 程(即一次近似耦合模型),以及相应的非惯性系下的动力学模型,然后通过数值仿真对系统的动力特性进行研究。 仿真结果显示,即使是小的附加质量也会对系统动力特性产生重要影响,附加质量使得梁的响应幅值变大和响应 频率降低,且会影响柔性梁和中心刚体的终点位置。附加质量的影响随系统大范围运动的角速度的增大而变大。 当系统大范围运动为低速时,传统的混合坐标模型仍然会导致较大误差;当系统大范围运动为高速时,传统的混 合坐标模型存在失效的可能。

基于时间有限元方法的旋转柔性叶片动力学响应分析

将时间有限元方法引入到柔性多体系统的数值计算中,研究了旋转柔性叶片系统的刚-柔耦合响应问题.首先,基于非线性梁理论,建立了旋转柔性叶片系统的中心刚体-柔性梁模型,构造柔性叶片系统考虑一次近似耦合的Lagrange函数;其次,采用假设模态方法对空间坐标进行离散,建立系统的时间有限元格式;最后,通过数值实验,分析了柔性叶片的动力学响应.该方法直接构造了系统的离散积分格式,并自动保证了该格式是保辛的,因而具有较高的数值精度和稳定性.数值结果表明:时间有限元可以有效地求解旋转柔性叶片系统内低频大范围运动与高频弹性振动之间的刚-柔耦合问题.

中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性研究

对中心刚体-柔性悬臂梁系统的动力特性进行研究。首先采用Hamilton原理和有限元离散化方法,给出该系统的一次近似耦合模型以及相应的KED解耦模型,然后通过数值仿真对该系统的动力特性进行研究。研究中考虑了2种情况:中心刚体的转动惯量远大于柔性悬臂梁的转动惯量的情况和中心刚体的转动惯量接近柔性悬臂梁的转动惯量的情况。研究结果显示,传统的零次近似模型在处理大范围运动为未知的刚柔耦合动力学问题时同样存在失效的可能,而一次近似模型能够对系统的动力学行为进行正确的数学描述。当中心刚体的转动惯量远大于柔性悬臂梁的转动惯量时,一次近似模型的结果与零次近似模型的结果之间存在较小偏差;但当中心刚体的转动惯量接近柔性悬臂梁的转动惯量时,零次近似模型将导致错误的结果。

中心刚体-柔性梁系统的旋转运动控制

中心刚体-柔性梁系统是一个典型的刚柔耦合动力学系统,对其动力学与控制的研究一直是国内外的研究热点问题之一。采用一次近似简化模型对中心刚体-柔性梁系统的旋转运动控制进行研究,其中控制律采用变结构控制方法进行设计。切换面的设计采用最优化方法而得出,控制律的设计采用指数趋近律方法。因为所设计的控制律是模态坐标的函数,而模态坐标不可能通过物理测量直接获得,因此给出一个从物理测量中提取模态坐标的滤波器方法。数值仿真结果显示,模态滤波器能够较好地提取出控制律所需的模态坐标;变结构控制能够使得系统达到所期望的运动状态,并可使柔性梁的残余振动得到抑制。

中心刚体-柔性悬臂梁系统的位置主动控制

以往对中心刚体 柔性悬臂梁系统的主动控制研究多是基于零次近似模型和线性化模型进行的,而且认为零次近似模型为足够精确动力模型,但是已有研究结果显示出,零次近似模型在对系统动力学行为进行描述时存在某些局限性。本文采用一次近似模型对中心刚体 柔性悬臂梁系统的位置主动控制进行研究,其中控制律采用最优跟踪控制理论进行设计。仿真结果显示,传统的零次近似模型存在着失效的可能,最优跟踪控制方法能使中心刚体 柔性悬臂梁系统到达期望的指定位置,并可使系统的残余振动得到抑制。

旋转柔性悬臂梁的固有频率分析

在精确描述柔性梁非线性变形基础上,利用Lagrange方程推导出考虑动力刚化项的一次近似刚柔耦合动力学方程。忽略柔性梁纵向变形的影响,给出一次近似简化模型,引入无量纲变量,对简化模型作无量纲化处理,首先分析模态截断数对固有频率的影响,其次研究一次近似简化模型和零次近似简化模型的振动特性。研究发现,梁固有频率与模态截断数有关,合理的模态截断数应随无量纲角速度的增大而适当增加;一次近似简化模型的固有频率随无量纲角速度和系统径长比的增大而增大,零次近似简化模型的固有频率随无量纲角速度增大而减小;一次近似简化模型下梁横向弯曲振动不存在物理意义上的共振失稳现象。现有典型文献的相关结论值得商榷。

柔性机械臂的位置主动控制

采用一次近似模型对柔性机械臂的运动跟踪主动控制问题进行研究,控制策略采用最优跟踪控制方法。仿真结果显示,一次近似模型能够较好地对柔性机械臂的动力学行为进行描述,最优跟踪控制方法能使机械臂到达期望的指定位置,并可使机械臂的残余振动得到抑制。

具有附加质量的中心刚体-柔性梁的频率特性

本文采用一次近似模型研究了任意附加质量位置的中心刚体-柔性梁系统的频率特性。首先给出了一次近似模型的表达式,然后通过数值仿真研究了附加质量在梁上不同位置以及不同附加质量大小对系统频率的影响。结果表明,当附加质量在梁的前半段时,频率并不随其远离固定端而下降;但在靠近梁的后半端,频率则呈现出明显的下降趋势。

非惯性系下旋转叶片的动力学分析

利用Ho-Hoon Lee提出的在满足叶片弯曲机制情形下的新的动力学建模方法对盘叶这种常见的机械系统进行动力学建模。并用拉格郎日方法和假设模态法离散推导出了系统的动力学方程。在建立系统动力学方程的过程中考虑了未被Ho-Hoon Lee[2]所考虑的盘的半径,同时给出了盘叶系统的数值仿真结果。并与文献[3]中简化的一阶近似耦合模型在理论上和数值上进行了比较。