Static shape control of a flat shell structure

The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou and Hwang . A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.

智能结构有限元模型的建立及静态形状控制

本文建立了含有分布压电传感元件和执行元件的板结构的有限元模型，提出了一种新的具有电自由度板弯曲单元，用于分析含有分布传感元件和执行元件的板结构。以此为基础，提出了智能结构静态形状控制的一般方法，即被动控制方法和主动控制方法。最后，提供了两个数值示例，说明本文提出的方法的应用。

柔性压电智能反射面的静态形状控制

建立了柔性压电智能反射面系统的有限元模型和优化控制模型,给出了结构力学建模和形状控制方法以及相应的优化算法。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板;基于Kirchhoff假设和经典层合板理论,根据虚功原理推导了柔性压电智能反射面的有限元方程;采用蜂窝等效理论计算了反射面蜂窝夹芯等效弹性模量,有限元模型中的单元为四节点四边形压电板单元,每个作动器单元中引入额外的电势自由度。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形均方根误差与作动器控制电压的关系式;以均方根误差最小为优化目标,建立了柔性压电智能发射面的静态形状控制优化模型;采用Lagrange乘子法处理了压电作动器工作电压的限制。最后,用提出的方法分析已有模型并验证建模方法。以600mm口径的平面柔性智能反射面为例,验证了采用压电陶瓷贴片对反射面静态形状控制的可行性及优化算法有效性。仿真结果表明:通过控制压电陶瓷贴片作动器,可以使反射面的静态形状误差减小97%以上,而且作动器的控制电压均在极限电压范围内。

压电层合板自适应结构的静力变形控制

针对板壳型自适应结构 ,研究了使用压电材料的层合板结构的静力变形控制 .基于有限元法 ,计算出结构位移的灵敏度矩阵 ;利用该矩阵 ,建立位移控制方程组 .当作动器数量与控制位移相同时 ,可解线性方程组 ,求出控制电压 ;当作动器数少时 ,采用优化方法求解 ,由此计算各作动器的控制电压 ,对自适应结构的静力变形 ,进行最优控制 .

智能结构静态形状控制中压电执行元件最优位置选择

讨论智能结构静态形状控制中压电执行元件最优位置选择问题．确定出压电执行元件对智能结构静态形状控制效果的度量，并以此做为选择压电执行元件最优位置的定量指标．给出选择方法及数值示例．

安装SMA阻尼器的钢筋混凝土连梁拟静力试验

本文提出了一种可以安装在钢筋混凝土连梁中的形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)阻尼器的构造设计及特征参数,并给出了安装SMA阻尼器的钢筋混凝土连梁的特征设计参数。通过阻尼器性能试验,验证了所提出的SMA阻尼器构造设计可靠,耗能能力良好,有自复位能力,SMA丝的超弹性得到很好地发挥。在此基础上,进行了两组连梁拟静力试验,一组为普通钢筋混凝土连梁,另一组为安装SMA阻尼器的自复位连梁,结合试验破坏现象和两组连梁的力-位移滞回曲线来查看其性能。试验表明,与传统钢筋混凝土连梁相比,安装SMA阻尼器的连梁能够改善连梁损伤模式,将变形集中在阻尼器中,大幅度减少混凝土梁的损伤并起到自复位作用。

蒸汽发生器水位控制器的多目标GA和静态H_∞回路成形优化设计

提出了一种基于多目标遗传算法和静态H∞回路成形综合的给定结构鲁棒控制器设计方法,采用该方法设计了低负荷下蒸汽发生器水位的比例微分串联滤波器型控制器,并进行了水位给定值阶跃变化、蒸汽流量阶跃扰动和给水压力波动下控制系统响应的仿真试验.结果表明:所设计控制系统的鲁棒稳定性和鲁棒性能优于其他3种基于H∞回路成形的控制器设计方案;所得控制器在给定值阶跃变化、给水和流量扰动下均能保持较好的控制品质,具有良好的鲁棒性.

空心悬臂梁在SMA层驱动下的变形分析

基于经典的复合材料梁理论、Tanaka的SMA应力应变关系以及Lin的线性相变动力模型,研究了矩形空心悬臂梁在SMA驱动下的变形特性,建立了结构应力、应变、位移求解的数学模型,通过数值计算揭示了SMA层对该类结构的驱动作用,分析了温度、壁厚度以及SMA残余应变的影响.研究表明,在马氏体向奥氏体转变过程中,空心悬臂梁在SMA层的驱动下产生显著的横向位移,SMA层厚度、残余应变是影响SMA的变形驱动性能的敏感参数.

拱坝体型的静力自控制设计

将结构的形式视为可变控制量 ,考虑结构的整体稳定性、安全性和经济性的要求 ,建立了弹性静结构的形式自控制模型 ,并采用离散—优化方法进行数值求解 .以拱坝体型的静力自控制问题为例 ,对拱坝 6种体型优化分析表明 ,当拱坝体型为一般二次曲线时 。

基于Multisim的恒压型热线风速测量系统电路仿真分析

为开展恒压型热线风速测量系统的优化设计,建立了基于Multisim的电路仿真模型,其中,热线探头采用PSpice模型实现其特性的模拟,恒压控制回路中采用了T型动态补偿网络以提高系统的频响。进行了恒压型控制回路元件参数和流场流速对系统动静态性能影响的仿真分析及热线探头时间常数原位测量仿真。结果表明:从Multisim电路仿真模型得到流场流速、补偿网络参数、控制回路输入电压和电阻等对系统动静态特性的影响规律与数值计算的一致,验证了在Multisim中开展恒压型热线风速测量系统仿真研究的可行性,同时,这种针对实际电路参数的仿真分析对恒压型热线风速测量系统的优化设计和制备具有重要指导意义。

给定结构低阶控制器的H_∞回路成形设计及在蒸汽发生器水位控制中的应用

针对标准H回路成形设计权函数选取困难、所得控制器阶次高的缺点,提出了一种给定结构低阶鲁棒控制器设计方法。该方法综合了低阶权函数优化和静态H控制器,只需设计者给出成形后被控对象奇异值上下界约束的控制点坐标,以及期望的控制器阶次和结构,便可通过基于线性矩阵不等式技术的迭代优化,得到满足预定控制性能要求且使得鲁棒稳定裕量最大化的控制器。运用所提方法设计了蒸汽发生器水位对象的二阶鲁棒控制器。在水位设定值阶跃变化、蒸汽流量阶跃扰动和运行工况点变化的情况下,进行了对比仿真试验。结果表明,所设计的控制系统取得了良好的控制性能,且鲁棒稳定性优于自抗扰控制(active disturbancerejection control,ADRC)策略或双PI控制策略设计的控制系统。

抛物面形天线的智能静态形状控制

应用文献 [5]给出的三维智能薄壳单元研究了柔性薄壳智能结构的静态形状控制问题 ,给出了抛物面形天线的静态形状控制算例。

基于静态H_∞回路成形法的多通道低阶鲁棒阻尼控制器设计

针对鲁棒控制方法设计高压直流附加阻尼控制器时普遍存在的控制器阶数过高的问题,提出一种静态H_∞回路成形设计方法同时抑制次同步和低频振荡,所设计的控制器具有和权函数相同的阶数。采用总体最小二乘旋转不变技术分析了交直流互联系统中次同步和低频振荡共存的现象,并辨识出相关振荡频率和系统降阶模型。利用巴特沃兹滤波器将不同的振荡模态分解到不同的通道,根据静态H_∞回路成形法对每个振荡模态设计附加阻尼控制器,降低了控制器间相互影响。在PSCAD/EMTDC中对向上直流孤岛运行下的模型进行仿真验证。仿真结果表明,基于静态H_∞回路成形法设计的控制器对系统振荡具有较好的控制效果和较强的鲁棒性。同时所设计的控制器阶数较低,采用输出反馈,便于工程实践。

深部巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术

将深部开采覆岩结构特征研究向冲击地压防治技术延伸,研究了深部矿井巷道冲击地压动静载分源防治理论与技术。结果表明,诱发深部冲击地压启动具有2种载荷途径:一种是动、静载荷叠加途径;另一种是纯静载荷叠加途径,因此深部冲击地压发生条件研究应该重点研究诱发冲击启动的动、静载荷来源。研究认为深部工作面L型区域频繁发生冲击的原理,是在工作面距离较远时,临空巷道两帮仅受侧向F型悬臂结构影响,当工作面临近时,由于本面与相邻工作面采空区导通,上覆厚硬顶板悬空区域也导通,因此发生下沉—弯曲—回转幅度更大,悬而不垮造成加大弯曲弹性能储存在L区域,垮断时又造成较大动载荷作用在L区域煤岩体。提出了深部工作面临空巷道、采场“双F、大L”力源结构模型,并给出了临空巷道、采场大L型力源区域冲击地压启动判据算法。采动覆岩“双F、大L”力源结构分析表明,诱发临空巷道冲击启动的载荷来源是空间确定的,提出了深部巷道冲击地压动、静载荷源分源防治方法。即针对F型顶板悬臂断裂造成的动载荷源进行爆破预裂;针对巷道两帮煤体中垂直应力集中进行煤层爆破卸压;针对巷道底板高水平应力进行底板爆破,阻断其推动底板作用。工程实践证明,该方法能够实现深部强冲危险工作面安全回采。

基于模型的森吉米尔轧机板形控制系统设计

本文主要研究森吉米尔總板形控制问题。通过了解轧机辐系空间分布特点,详尽介绍了各板形控制执行装置(AUR以及FIR)在板形控制中所起到的作用。进一步介绍森吉米尔辗轧机板形的静态以及动态模型。由于静态模型中存在强耦合作用而且多变量系统的缘故静态传输矩阵不能保证非奇异,本文还介绍了传统的解耦方法以及通过矩阵转换建立控制器输出与执行装置输入设定之间的关系的思路,为基于模型的板形控制系统设计提供了坚实的理论基础。最后逐一介绍了单一AUR板形控制以及AUR/FIR组合板形控制系统设计的方法。

盆形金属橡胶三向准静态试验研究

为满足金属橡胶三向减振需求,引入空间构型设计并制备了一种盆形金属橡胶。对其进行轴、径向准静态压缩试验,采用控制变量法研究了相对密度、成形角度、金属丝丝径等制备工艺参数及压缩量对盆形金属橡胶静态力学性能的影响,采用正交试验法揭示了三种制备工艺参数对盆形金属橡胶轴、径向静态力学性能的影响程度。结果表明,影响试件轴向静态力学性能先后顺序为成形角度、相对密度、丝径;影响试件径向静态力学性能先后顺序为相对密度、丝径、成形角度。

液压静态秤在异型坯辊道上的研发与应用

介绍了莱钢异型坯液压静态辊道秤的设计、研发、制造安装过程及其自动控制特点。