主动约束阻尼梁的分段线性二次规划自适应减振控制

为了提高对主动约束阻尼梁的减振效率和稳定性,依据能量法和有限元法建立压电约束阻尼梁的动力学模型,应用Ritz法缩减了系统模型,根据模型特点采用加速度二级反馈减振控制,并对控制系统Lyapunov方程的稳定性进行了证明,基于此提出一种分段线性二次规划(Piecewise linear quadratic programming,PLQR)自适应减振控制方法。通过对多种控制方式和不同初始频率时简支梁振动特性的分析,表明控制增益和补偿频率的选取直接影响减振控制的稳定性和收敛速度;PLQR自适应控制相对于线性二次规划(Linear quadratic programming,LQR)和恒增益恒频率调控对系统振动衰减最快;与被动约束阻尼减振相比,在固有频率附近电压和中点振幅的自适应变换最显著,具有更好的减振效果。

部分主动约束阻尼梁振动的假设模态法建模

基于夹层结构的Mead-Markus基本假设,使用假设模态法对部分主动约束阻尼覆盖的梁结构进行建模和计算,并与有限元结果进行比较。重点研究压电层厚度、阻尼层厚度、ACLD长度和位置对模态损耗因子的影响。研究表明,适当增加压电层厚度,减小阻尼层厚度,增加ACLD长度有利于增强阻尼效果。

简支主动约束阻尼梁振动特性的有限元分析

针对一个简支压电主动约束板梁,结合有限元法和Hamilton原理建立了其动力学模型,应用压电与应变变形的关系形成一个简单闭环控制系统,利用ANSYS软件压电耦合分析单元和APDL程序语言对系统的振动特性和反馈控制进行仿真.通过调整敷设阻尼段长度、各层厚度、反馈控制频率、放大增益,比较主动约束阻尼梁中点振幅缩减率和本征频率的变化,以及对应的时域和频域特性,可以看出:引入适当长度和合理的层厚的阻尼段能够在较小改变结构固有频率的情况下有效抑制结构振动;太小的反馈频率和放大增益无法达到有效减振,合理选取较高反馈频率和大增益可以实现振幅的快速收敛.

主动约束阻尼开口柱壳的NLMS反馈减振控制

为缩减开口柱壳结构的振动,给出了一种局部主动约束阻尼(ALCD)敷设结构,并结合Lagrange方程和Sanders薄壳理论构建了压电耦合开口柱壳的动力学模型,根据推得的系统状态空间形式,应用归一化最小均方差自适应滤波算法(NLMS)和线性二次规划算法(LQR)设计了一种自适应反馈控制器,通过数值仿真研究了控制参数对开口柱壳中点动态特性和控制电压的影响.结果表明:NLMS反馈控制方法能在不同控制电压频率、滤波阶数和自适应步长下保证对开口柱壳减振的有效性;增加自适应步长和滤波阶数能进一步提高减振控制的响应速率,但会导致控制电压超调量增加,而取较大的滤波阶数和较高频率控制电压可以减小噪声扰动,增加控制系统的可靠性.

局部主动约束阻尼开球壳的振动特性分析

为了有效减小开球壳的振动,对球壳设置局部主动约束阻尼(ACLD),根据一阶剪切变形理论和Donnell壳体理论得出应变位移关系,用Jacobian多项式和Fourier级数组合表征球壳经度和纬度方向变形关系,基于能量法和Lagrange方程建立了系统的动力学模型,研究了主动约束阻尼结构参数、阻尼层占空比和压电层激励电压对模态频率和阻尼比的影响,对不同固定幅值激励电压下球壳中点的频域响应进行了比较。结果表明:合理设置粘弹性厚度和占空比可有效耗散球壳振动能量;压电层经纬度方向尺寸增大可有效增大系统阻尼比,但会使系统引入质量和模态频率大幅增加,影响球壳的使用性能;施加激励电压能够在几乎不改变模态频率的情况下增加系统的振动能耗,但一定幅值的激励电压仅对特定方向的模态幅值能够实现有效缩减。

基于主动约束阻尼层的次镜支撑结构设计

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能,利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计,主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料,是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型,采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制,分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响,结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性,但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示,覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低,但是次镜位置的频率响应明显下降,次镜的面型精度也有提高。

含主动约束阻尼悬臂梁两种减振机理的模拟

以部分贴敷主动约束阻尼(active constrained layer damping,简称ACLD)悬臂梁为对象,研究了其所包含的两种减振机理的模拟方法。首先,通过分析ACLD结构的受力及变形,描述了ACLD减振中所包含的黏弹性层剪切耗能和压电层反相阻滞作用两种减振机理;其次,将黏弹性剪切变形体现在形函数中,再结合压电方程与力学公式推导出压电阻滞力,创建了包含两种减振机理的ACLD处理复合梁的动力学模型;最后,通过组建的ACLD悬臂梁减振实验系统对仿真分析结果进行了验证,同时对比分析了仅包含被动约束阻尼或压电反相阻滞单一减振机制以及ACLD处理时复合梁的时域响应。结果表明:仿真计算与实验值的最大偏差为18.6%,证明了所创建的包含两种减振机理分析模型的合理性;ACLD由于同时包含两种减振机理,其减振效果要优于单一的振动控制方法。

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元建模

为了对主动约束层阻尼结构建立精确完善的数学模型 ,以便进一步进行控制研究 ,采用了两种不同的离散方法 ,用有限元建模 ,并考虑到压电片的机电耦合效应和粘弹性材料的本构关系随温度、频率的变化而变化的特点 ,将有限元法与粘弹性材料的 GHM模型相结合 ,使由于粘弹性材料导致的非线性微分方程转化为一般的二阶定常数性系统 ,从而避免繁琐的迭代求解 ,以便直接求解模态频率、模态阻尼及结构响应。为进一步设计控制器 ,形成闭环控制作准备。算例中两种离散法计算所得的模态频率和模态阻尼吻合较好 ,单位阶跃电压下悬臂梁自由端的横向位移响应曲线相当一致。这表明两种离散法的计算结果是可信的 ,所采用的算法简单、有效、尤其适用于质量轻、柔度大、低频刻集的主动约束层阻尼结构。

主动约束阻尼板压电层电压拓扑优化研究

建立主动约束层阻尼板有限元模型,以结构模态阻尼比最大化为目标函数,压电层总电能消耗为约束条件,压电层单元控制电压为设计变量,对主动约束层阻尼板压电层电压进行了拓扑优化,获得了压电层电压最优拓扑分布.通过引入虚拟设计变量,将压电层电压控制不连续问题转化为连续问题.考虑实际工程应用的需要,采用指数函数对电压中间变量进行惩罚.在灵敏度分析基础上,采用移动渐进线(MMA)法,求解了主动约束层阻尼板电压拓扑优化问题.数值算例证实了电压拓扑优化模型以及数值求解方法的有效性.

主动约束层阻尼振动控制技术现状及展望

本文在建模、控制策略、系统实现和应用等多方面对主动约束层阻尼振动控制技术的历史、现状进行了分析 ,指出了实施主动约束层阻尼振动控制技术继续发展的技术及待解决的问题。

主动约束层阻尼板的振动控制研究

研究局部附加主动约束层阻尼 (activeconstrainedlayerdamping ,ACLD)结构板的振动控制问题。基于Hamilton原理 ,提出一种新的建立主动约束层阻尼板动力学模型的方法 ,同时给出一种用于确定粘弹材料GHM (Golla Hughes Mctavish)模型参数的优化问题。采用GHM方法描述弹性材料的本构关系 ,将粘弹性材料的动力特性描述与工程上最常用的有限元分析结合起来 ,推导得到ACLD结构的动力学方程为标准二阶定常线性系统方程。应用LQR控制理论进行结构振动控制仿真 ,结果表明 ,本文给出的新建模方法是准确可靠的 ,ACLD结构能够有效抑制结构振动。

主动约束层阻尼结构的振动控制

基于弹性、粘弹性和压电材料的本构关系,利用Hamilton原理,推导了主动约束层阻尼板的有限元动力学模型。结合压电材料的机电耦合特性,采用自感电压的位移和速度反馈,对主动约束层阻尼板进行了闭环振动控制,研究了不同控制增益条件下,主动约束层阻尼板的动态特性。研究结果表明:采用自感电压的比例、微分反馈控制,能有效控制约束层阻尼板的振动,增大振动能量耗散,尤其对频率共振峰有明显抑制作用。由于该方法结构简单,容易实现,有很好的工程应用前景。

主动约束层阻尼梁的有限元建模及模型简化

将有限元方法与粘弹性材料的GHM模型相结合 ,从而避免因粘弹性材料导致的非线性微分方程。为进一步设计控制器 ,先在物理空间通过迭代进行动力缩聚 ,将系统降至适当的维数 ,然后在状态空间用鲁棒降阶的方法进一步降阶。这样能使降阶后的系统既可观性 ,又可控性。

主动约束层阻尼悬臂梁的有限元分析及实验研究

针对具体实物模型 ,采用微振子模型描述粘弹性材料的剪切模量随频率变化的特性 ,采用有限元方法进行分析 ,提出了一种全新的降阶方法 ,使得最后的降阶模型不仅维数远小于初始有限元模型 ,而且可观、可控 ,能直接用于控制器设计。采用模态实验验证有限元模型 ,在此基础上 ,设计出合适的控制器 ,进行实时控制实验研究 ,结果表明 。

主动约束层阻尼部分覆盖圆柱壳耦合振动控制

采用分布参数建模,从Ham ilton变分原理出发推导了主动约束层阻尼(ACLD)覆盖圆柱壳耦合振动的运动微分方程和边界条件,并扩展适合一维连续结构分析的基于解析解的谱传递矩阵法(STMM)用于ACLD部分覆盖圆柱壳。通过数值计算,研究了ACLD的长度和位置对固有频率和模态耗散因子的影响。STMM能有效克服有限元法单元数目多、动力学方程阶数高及ACLD长度和位置变化时须重复建模的缺点,以最少的单元数目建立低阶控制方程。典型算例显示了STMM的有效性和精确性。

主动约束层阻尼振动控制研究进展

主动约束层阻尼（Ａｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｌａｙｅｒ Ｄａｍｐｉｎｇ， ＡＣＬＤ）是以可控的压电材料代替被动约束层中不可控的约束层，通过可控的约束层主动地控制黏弹性材料的剪切变形以进一步增大其对振动能量耗散的主动阻尼形式，它充分结合了主动控制与被动阻尼作用各自的优势，使得其在结构振动控制方面显示出极好的应用价值．本文首先解释了ＡＣＬＤ的基本结构和阻尼机理，然后综述了最近几年有关ＡＣＬＤ在结构建模，控制方案及结构优化等方面的最新研究进展，最后指出了应用前景并总结了进一步研究的问题．

绕定轴转动的主动约束层阻尼板的振动控制研究

对贴有主动约束层阻尼的转动悬臂板的动力学建模及振动控制问题进行了研究。悬臂板绕定轴以不同的定常角速度作面内转动,基于Kirchhoff复合板理论,利用Lagrange与有限元结合的方式导出了系统的运动微分方程。随后用静力分析验证了压电层作为主动约束层的作动效用,并给出了转动ACLD板的瞬态响应和稳态响应的数值仿真结果,对固定和转动情况下贴有PZT、PCLD和ACLD板的振动控制效果作了比较分析,结果表明ACLD可以作为一种有效的方式对转动悬臂板进行振动抑制。所得结果可以为转动柔性结构的系统辨识及其振动控制提供理论依据。

主动约束层阻尼板结构动力学建模研究

将有限元法和GHM法相结合 ,给出了建立主动约束层阻尼 (ACLD)板结构动力学模型的新方法。建模时 ,考虑到粘弹材料 (VEM )的纵向位移影响 ,采用GHM方法描述VEM的本构关系 ,解决了VEM的力学特性随温度和频率变化的难点 ,避免因VEM的复杂本构关系而产生的微分积分方程。算例表明本文给出的建模方法是准确的 ,A CLD结构能够有效控制结构振动。

主动约束层阻尼梁结构复杂耦合振动的多层谱有限元法

针对全主动约束层阻尼(ACLD)覆盖的梁结构复杂耦合振动特性,采用一种新型的多层谱有限元法(MLSFEM)进行研究.该方法的特点是可避开采用谱有限元法时须求解带未知参数的高阶特征方程的困难,同时又保持谱有限元法使用很少单元却高精确度的优点.对典型算例使用该法的计算结果与采用谱传递矩阵法(STMM)获得的相应精确结果作了比较,证实了MLSFEM用于ACLD梁结构的有效性与精确性.还分别采用位移负反馈和速度负反馈两种控制策略,研究控制增益与ACLD梁结构动力特性之间的关系.结果表明,两种反馈控制策略对ACLD梁结构动力特性有着显著不同的影响.

主动约束层阻尼圆柱壳动力学分析的新传递矩阵法

基于作者最近导出的被动约束层阻尼(PCLD)圆柱壳的一阶整合矩阵微分方程,结合压电材料本构关系和比例微分负增益反馈控制策略(PD),建立了一种求解主动约束层阻尼(ACLD)圆柱壳动力学问题的新传递矩阵方法。提出的ACLD圆柱壳的一阶矩阵微分方程,采用了简化的机电耦合模型。通过对ACLD圆柱壳自由振动及其在地震激励作用下的动力学响应分析,表明ACLD圆柱壳的阻尼特性和减振效果相对于PCLD圆柱壳具有明显优势,并且发现采用周向分块敷设ACLD,且施加与结构变形中的占优模态相匹配的控制电压分布方式对地震激励的抑制效果更好。