基于系统模态的作动器优化配置

文章提出一种优化方法,该方法首先利用FEM方法对结构系统进行模态分折,从中提取与振动源相关的主要模态,然后通过对模态特征向量和特征频率进行重组,得到只包含待控模态的系统状态空间方程,再建立系统振动能量最大的优化目标函数,最后通过固定外载荷力对目标函效进行计算得到作动器分布的最佳位置。算例验证结果表明该方法可以结合FEM方法方便地获得作动器的最佳位置。

基于遗传算法的结构主动控制作动器优化布置

研究地震激励作用下主动控制结构的作动器优化布置,基于等效激励法构造了随机激励,应用状态空间控制算法进行了求解。针对作动器优化布置问题提出了基于遗传算法的优化方案,即利用遗传算法的0,1染色体编码模拟作动器的楼层空间布置,实现了作动器数目限定条件下,以楼层最大加速度和层间位移角组合为控制目标函数的作动器最优布置。仿真分析表明,该优化方法适应性强,效果显著。

基于模态阻尼指标的空间杆系结构作动器位置优化

针对空间杆系结构作动器的位置优化问题,本文基于线性二次型最优控制理论(LQR),建立了空间杆系结构振动的主动控制系统,提出了目标控制模态的模态阻尼最大化的作动器位置优化准则.采用四角锥网架结构和Levy型索穹顶结构来验证本文方法的有效性,并在控制效果和控制能量输入两方面与常用的模态控制力方法进行了对比分析.结果表明:随着作动器数量的增加,本文方法的控制效果和控制能量输入比模态控制力方法提升更快;在作动器数量相同或控制能量输入相同时,本文方法对外界激励的控制效果优于模态控制力方法.

圆柱壳体振动主动控制中作动器的优化配置

结构振动的主动控制不仅取决于控制器中控制律的设计,还取决于作动器在结构中的作用位置,作动器的合理布置能有效抑制结构振动低频范围内的响应。文章以圆柱壳体为研究对象,基于离散系统可控可观性准则,提出了基于粒子群算法优化作动器作用位置的设计方法,并通过实验加以验证。实验结果表明,粒子群算法可应用于圆柱壳体中作动器作用位置优化设计的问题,在振动主动控制实验中能取得良好的控制效果。

桁架结构作动器优化配置的粒子群算法

对桁架结构主动控制中作动器的优化位置进行研究,其中桁架结构采用有限元方法进行建模,作动器采用压电堆形式,优化算法采用粒子群方法,指标函数采用基于能量的可控Gramian矩阵优化配置准则。该文给出了粒子群方法的迭代计算格式,分析了可控Gramian矩阵配置准则的机理,并且采用最优控制方法研究了桁架结构在随机白噪声激励和简谐激励下的动力响应问题。研究结果显示,粒子群优化算法能够有效地对桁架结构作动器的优化位置进行计算,最优控制方法能够有效地抑制桁架结构的动态响应。

基于综合模态动能的作动器优化配置遗传算法

为提升控制系统对宽频带荷载的控制效果,以多阶目标模态动能同时达到最大为优化目标函数,提出了一种新的作动器位置优化准则。以悬臂板为研究对象,应用包含多种改进机制的遗传算法求取最优结果,并通过LQR控制算法对比综合模态准则、均匀布置和可控度准则的控制效果。结果表明,改进遗传算法可获得稳定的最优解;在宽频荷载下,综合模态准则的控制效果优于均匀布置,综合模态准则与可控度准则的效果相同,但求解效率优于后者。

基于模态应变能理论的作动器优化布置

定义了高层结构的模态应变能,针对单阶模态应变能准则存在的不足,提出一种不依赖于具体控制算法的且能考虑不同模态振型影响的综合模态应变能准则。利用改进的遗传算法进行优化问题的求解,得到最优作动器位置。对20层钢结构振动控制的仿真结果表明,经优化布置的作动器对结构的振动控制取得良好的效果,验证了优化准则的有效性。

一种新型的挠性航天器作动器布局优化方案

针对挠性航天器振动抑制中的作动器优化配置问题,综合考虑闭环系统的可控度和作动器的电缆长度,提出一种新型的复合优化指标,在完成振动抑制的同时,有效缩减作动器电缆长度,减小航天器能量损耗及电磁干扰;在此基础上,采用遗传算法,完成作动器安装位置的快速寻优。采用实际尺寸的挠性帆板有限元模型,通过大量的数值仿真,验证了所提方法的有效性。

大型空间桁架天线振动控制及作动器位置优化

目的对在轨大型空间柔性桁架天线结构振动进行主动控制及作动器位置优化。方法采用线性二次型最优控制算法对天线结构进行振动抑制,以系统能量和控制能量的和作为优化性能指标,利用遗传算法对作动器的位置进行优化。结果在优化配置的两个作动器控制作用下,受到激扰的天线结构振动便在10 s内得到良好得抑制,振动幅值减小了一个量级。结论适当地增加作动器数目,恰当地配置作动器的位置能有效抑制柔性天线结构的振动。

振动主动控制模型及作动器位置优化仿真

研究区域所有部位振动响应与振动控制检测部位的映射函数,优化传感器/作动器配置,建立合理的区域振动主动控制模型。连续体的振动主动控制中,往往用有限维的控制器去控制无限维的分布参数系统,实际工程中存在许多问题。本文应用MATLAB仿真,基于一维简单悬臂梁,等距离选取一定节点,识别外激励载荷;根据选取点传感器响应,对所有部位振动响应进行正交多项式拟合,代入振动主动控制的动力学模型,求解多项式系数;由振动响应确定优化目标函数,应用粒子群优化算法,研究在检测部位传感器位置不变、外激励特性改变的情况下控制作动器的最优位置。

轻薄阵列天线阵面形状调整的作动器布局优化

针对轻薄阵列天线结构刚度差、易受复杂环境载荷影响,产生天线阵面结构变形的问题,进行阵面结构补偿设计。首先从阵面结构动力学方程出发,在保证天线阵面可控的前提下,以作动器补偿后阵面变形均方根误差最小和所需的控制能量最少为优化目标,推导并建立了作动器布局的优化模型;并根据阵面变形控制方程计算各作动器的最佳输出力,保证补偿后阵面变形均方根误差最小;最后,以悬臂式阵列天线和某圆形孔径阵列天线模型为例,采用遗传算法对作动器进行了布局优化。分析结果表明,该作动器布局的优化模型可靠,可保证轻型阵列天线阵面的结构变形均方根误差减小80%以上。

高端移动装备专用EHA优化设计及分析

高端移动装备代表着国家工业技术水平,进一步对其优化可减轻装备质量、提升机动性能和承载能力,同时实现节能减排。针对现有电动静液作动器(Electro-Hydraulic Actuator,EHA)液压回路辅助阀数量多和插装式平衡阀开启存在不确定性问题,设计了一种溢流平衡阀,将其应用在EHA液压回路,可同时取代溢流阀和平衡阀。通过简化和优化EHA液压回路,实现其小型化、轻量化和集成化,提高EHA可靠性。建立AMESim仿真模型,在负负载工况下研究了不同外负载和溢流平衡阀参数对EHA液压回路系统性能的影响。分析表明,在负负载工况下,外负载、溢流平衡阀控制油口阻尼、弹簧刚度以及控制比的变化均对EHA工作性能有较明显影响。与现有EHA液压回路方案相比,辅助阀数量减少了5件,减少比例为41.7%,集成阀块体积和质量均下降约50%,达到优化设计目的。

绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

伸展臂由于受到空间温度变化和卫星机动动作的影响,不可避免地会产生振动。在阻尼较低的空间环境中,这种振动衰减较慢,影响伸展臂的正常工作。因此,合适的振动控制方法对于伸展臂的正常工作至关重要。本文采用拉绳作为作动器的空间桁架结构伸展臂,研究其作动绳上铰链串联顺序的优化和模型预测控制律的设计,这两部分内容均考虑了作动绳的单边约束和饱和约束。首先,通过ANSYS软件获取结构的模态信息;然后结合系统可控性原理和遗传算法计算出作动绳上铰链串联最优顺序;最后,在数值仿真中,通过设计的控制率对一个由四个单元组成的桁架结构伸展臂的振动控制过程进行仿真分析。结果表明,提出的作动绳串联铰链的方式能够有效抑制伸展臂的振动。

基于虚拟传感的薄板结构辐射声主动控制研究

为抑制薄板辐射低频噪声,以局部覆盖宏纤维复合材料压电片的对边固支矩形薄板为对象,围绕其辐射声的主动控制展开研究。首先,采用有限元法建立薄板的动力学模型,并通过模态试验验证,在此基础上通过单元辐射体法建立薄板的声辐射模型;其次,结合结构辐射模态和空间可控性构建了结构-声可控性指标,并采用离散萤火虫算法对作动器位置进行了优化;然后采用空间梯度加权求和控制策略,引入基于结构响应传递率的虚拟传感器,实现单误差传感的结构声主动控制,并采用归一化动量Fx LMS算法完成了控制器的设计;最后进行了数值仿真和快速控制原型试验的研究。结果表明:引入虚拟传感器后减少了误差传感器使用数量,且主动控制控制效果无明显衰减;以结构-声可控性指标为目标优化作动器位置取得更好的效果;多种激励下薄板辐射声主动控制实际效果显著。