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湖南大学学报(自然科学版) 2024年第7期51卷 1-9页

作者：万华平马强薛宇胡鹏华葛荟斌罗尧治浙江大学建筑工程学院浙江省空间结构重点实验室

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... 详细信息

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.

关键词：空间杆系结构模态阻尼主动振动控制作动器位置优化序列前向选择

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机敏约束层阻尼薄板作动器位置优化及振动主动控制

机敏约束层阻尼薄板作动器位置优化及振动主动控制

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作者：廖海辰重庆大学

学位级别：硕士

随着人们对燃油经济性的要求越来越高,车身轻量化显得尤为重要。在车身轻量化的过程中,车身壁板变薄导致车身刚度降低,加大了车身结构的低频振动与噪声,这与汽车舒适性要求相互矛盾,传统NVH技术已经无法很好的解决这一问题。机敏约束层... 详细信息

随着人们对燃油经济性的要求越来越高,车身轻量化显得尤为重要。在车身轻量化的过程中,车身壁板变薄导致车身刚度降低,加大了车身结构的低频振动与噪声,这与汽车舒适性要求相互矛盾,传统NVH技术已经无法很好的解决这一问题。机敏约束层阻尼(Smart Constrained Layer Damping,SCLD)结合了被动阻尼技术与主动控制技术的优势,能有效的控制车身在很宽频率范围内的振动,尤其是低频振动的控制,为车身低频振动与NVH的优化提供了一种新的方法。本文以对边约束SCLD板结构为研究对象,对其进行作动器位置优化以及振动主动控制研究。首先,采用有限元法根据SCLD结构各层间的耦合运动以及位移协调关系,考虑到粘弹性材料力学性能随温度与频率变化而变化,利用GHM模型建立SCLD耦合系统动力学模型。由于引入了附加自由度,所以系统模型的自由度数庞大,运用高精度动力缩聚与内平衡降阶的复合降阶方法,得到自由度数较少的低阶模型,并通过模态实验验证降阶效果。其次,基于可控性Gramian矩阵,利用遗传算法对作动器位置进行优化,最终确定作动器的贴片位置。再次,针对SCLD板结构对白噪声随机激励下控制效果不好的现象,对鲁棒H∞混合灵敏度控制算法得出一种特定的加权函数选取方法设计鲁棒控制器,对结构进行主动控制仿真。最后,基于鲁棒H∞控制器,对优化前后的SCLD板结构进行主动控制实验。研究结果表明:在动力学方程中引入GHM模型,在引入相对较少的耗散自由度的情况下得到较精确的动力学模型。运用高精度动力缩聚与内平衡降阶复合降阶后,原模型的自由度数大量缩减,在低频段得到较精确的模型。通过合理选取加权函数所设计的鲁棒H∞控制器对SCLD板结构在一阶固有频率正弦激励,复合周期激励与白噪声随机激励三种不同激励下控制效果良好。硬件在环主动控制实验效果良好,作动器位置优化后的SCLD板结构在一阶固有频率正弦信号激励与固有频率混合周期信号激励下,振动响应幅值分别下降了约40%与42%;在白噪声随机激励下,响应幅值的均方根值下降了22%,并且能在较宽泛的频带上对随机信号都有控制效果,证明了作动器位置优化的正确性与控制方法的有效性。

关键词：振动主动控制机敏约束层阻尼作动器位置优化鲁棒H∞控制混合灵敏度加权函数

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振动主动控制模型及作动器位置优化仿真

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国外电子测量技术 2016年第11期35卷 15-23页

作者：梁旋张方南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

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... 详细信息

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。

关键词：悬臂梁响应映射函数作动器位置优化 MATLAB仿真

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大型空间桁架天线振动控制及作动器位置优化

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装备环境工程 2016年第4期13卷 112-116页

作者：罗杰谢兰川张云明路遥刘青林魏薇西南技术工程研究所重庆400039

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... 详细信息

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。

关键词：空间桁架天线作动器位置优化振动主动控制遗传算法

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基于虚拟传感的薄板结构辐射声主动控制研究

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机械工程学报 2023年第15期59卷 121-130页

作者：王攀周小宝杨欣欣褚志刚重庆大学机械与运载工程学院重庆400044

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... 详细信息

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。

关键词：结构声主动控制空间梯度加权求和作动器位置优化虚拟传感

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绳驱桁架结构伸展臂的主动振动控制

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计算力学学报 2024年第1期41卷 139-144页

作者：蔡志勤曹彬彬彭海军大连理工大学工程力学系大连116024 大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室大连116024

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... 详细信息

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。

关键词：桁架结构伸展臂绳驱模型预测控制振动控制作动器位置优化

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引入虚拟传感的薄板结构辐射声主动控制研究

引入虚拟传感的薄板结构辐射声主动控制研究

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作者：周小宝重庆大学

学位级别：硕士

随着社会的发展,噪声问题越来越受到人们的关注,而伴随着汽车车速的提高,车内噪声控制问题也亟待解决。由于被动控制的局限性,汽车薄壁类板件振动辐射的低频噪声成为了车内噪声控制的难点,传统的有源噪声控制因系统庞大复杂也不能很好... 详细信息

随着社会的发展,噪声问题越来越受到人们的关注,而伴随着汽车车速的提高,车内噪声控制问题也亟待解决。由于被动控制的局限性,汽车薄壁类板件振动辐射的低频噪声成为了车内噪声控制的难点,传统的有源噪声控制因系统庞大复杂也不能很好地适应,而结构声主动控制对低频噪声抑制有很好的适应性和控制效果,成为汽车车内低频噪声控制的有效方法和手段。针对汽车薄壁类板件低频辐射噪声控制的共性问题,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研究对象,基于虚拟传感技术开展结构声主动控制相关研究。首先,采用有限元法建立薄板结构的动力学模型,并通过模态实验进行验证,在此基础上利用单元辐射体法建立薄板的声辐射模型;其次,引入状态空间复模态截断法获得低维控制模型,基于结构辐射模态选择受控结构模态并予以加权,对空间可控性指标加以改进,构建适用于结构声主动控制的结构-声可控性指标,并采用改进的离散萤火虫算法对作动器位置进行优化配置;再次,根据矩形薄板的近似解析模型推导空间梯度加权和指标在对边固支边界条件下的权重表达式,通过结构响应传递率的识别构建虚拟传感器,以实现单误差传感的结构声主动控制;然后,根据内模型控制法提取与外界激励相关的参考信号,采用归一化动量Fx LMS算法设计自适应主动控制器,并通过仿真分析验证;最后,搭建快速控制原型实验平台,在不同外扰信号激励下进行结构声主动控制实验研究。研究结果表明:主动控制器在引入虚拟传感技术后,仅在第四阶固有频率处的控制效果有所降低,可以减少误差传感器的数量;由文中优化准则得到的作动器配置与对照组配置相比,能够提供更好的控制效果;在不同外扰激励下搭建快速控制原型实验平台进行实验验证,其中在频率为前四阶固有频率的正弦激励下声压响应幅值分别衰减近50%、79%、34%、16%,在频率为前三阶固有频率的正弦激励叠加的复杂周期激励下声压响应幅值衰减近62%,在55～200Hz有限带宽白噪声信号激励下声压响应幅值的均方根值衰减近13%,取得了良好的控制效果。

关键词：振动噪声结构声主动控制虚拟传感作动器位置优化

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面向板结构的作动器优化布置方法研究

面向板结构的作动器优化布置方法研究

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作者：席金耀武汉理工大学

学位级别：硕士

作动器是主动控制系统中的执行元件,它负责将输入到控制系统的能源传递给受控结构,以抵消由外部干扰引发的结构不利振动。当作动器分布在不同位置时,系统对结构的控制效果存在不可忽视的差异。若作动器布置在不当的位置,不仅会降低控制... 详细信息

作动器是主动控制系统中的执行元件,它负责将输入到控制系统的能源传递给受控结构,以抵消由外部干扰引发的结构不利振动。当作动器分布在不同位置时,系统对结构的控制效果存在不可忽视的差异。若作动器布置在不当的位置,不仅会降低控制效果,还可能会造成系统能控范围受限、甚至出现不可控的情况,因此如何选取合适的作动器优化配置准则,使系统能够有效地抵消结构的振动能量,降低结构响应,成为优化控制的关键问题。在实际中,由于设备荷载、车辆作用荷载的复杂多变性,这些荷载的频率分布范围可能同主结构的多阶模态重合,但由于荷载频率和位置的随机性,难以确定外部荷载具体与结构哪一阶模态发生共振,致使单一模态控制无法适用。为此,本文提出了一种新的作动器优化准则——综合模态动能优化准则,并通过对基本遗传算法进行改进确保求得优化准则的最优解。最后以优化准则和遗传求解算法为基础,多种优化方案为对照,研究了优化准则在悬臂铝板和正交异性钢桥面板中的应用效果。本文的主要工作有下:(1)作动器位置优化准则的理论研究工作。以最大化地耗散结构振动能量为目的,利用模态动能与结构振动能量之间的正向关系,并出于控制多阶目标模提出了综合模态动能作动器位置优化准则。同时分析了一种考虑多项评判指标的综合可控度准则,作为综合模态振动的考虑,态动能准则的对照组。(2)基于改进遗传算法的优化求解方法理论研究。提出了一种有效解决二进制遗传算法在种群初始化及交叉等操作中新生个体不合格问题的新方法,具体做法是通过分析二进制码与非0基因(及0基因)序号列标的对应关系,将矫正不合格个体的问题转换为从基因序号列标中挑选多余元素的问题。然后对交叉和变异操作的机理进行分析,提出通过重交叉和重变异操作提高个体合格率的新方法。(3)悬臂铝板作动器位置优化分析。以悬臂铝板的作动器布置位置为优化对象,分析了改进遗传算法的可靠性,采用LQR控制将综合模态动能方案的效果与均衡对称、单一模态动能、综合可控度方案进行逐一对比。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,综合模态动能准则的控制效果优于对称布置和单一模态动能,其控制效果与综合可控度准则相同,但综合模态动能不需计算矩阵代数方程,它的计算效率明显优于综合可控度准则,故在大型结构中更为适用。(4)正交异性钢桥面板作动器位置优化分析。本文分别研究了铺装层设备荷载和怠速车辆荷载作用下正交异性钢桥面板的作动器位置优化问题,并采用LQR控制算法对比了综合模态动能、综合可控度和均衡布置的优化效果。结果表明,在两种荷载作用下,综合模态动能方案对钢桥面板的控制效果均为最优。

关键词：主动控制作动器位置优化模态动能准则遗传算法

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