摘要:针对精密制造领域对高速定位和动态响应性能的严苛要求,提出了一种基于二维Halbach永磁阵列和印制线路板(printed circuit board, PCB)线圈阵列的长行程磁悬浮平面作动器设计与控制方法.基于磁场分布的谐波模型,建立了磁悬浮平面作动器的动力学模型,分析了平动和旋转运动中的磁力与力矩耦合效应.揭示了系统的非线性动态特性,提出了非线性模型预测控制(nonlinear model predictive control, NMPC)策略,并通过优化控制输入,实现了复杂路径的高精度轨迹跟踪.结果表明,该方法在跟踪任务中表现出高精度、强鲁棒性和快速动态响应性能,为高速运动台在精密制造领域的应用提供了理论支持和技术参考.

摘要:准零刚度隔振器的高静刚度低动刚度特性可以有效解决传统隔振器低刚度和高承载之间的矛盾.然而,现有的准零刚度隔振器大多针对小负载工况而且结构不够紧凑,难以应用于设备负载大、安装空间紧凑的工况.鉴于此,本文提出了一种高承载紧凑型准零刚度隔振器,并通过实验验证了其重载低频隔振特性.该隔振器利用同轴永磁环提供负刚度,并与沿圆周均布的线圈弹簧并联实现准零刚度.通过等效磁荷法,推导了同轴永磁环的恢复力表达式,并使用COMSOL软件对永磁环进行有限元仿真来验证解析表达式的准确性.随后,建立了隔振系统的非线性动力学理论模型,通过谐波平衡法求解方程,并使用龙格库塔法对理论结果进行了验证,同时讨论了系统阻尼比和外部激励幅值对系统幅频响应和力传递率的影响规律.最后,制备了隔振器样机,并对其进行了准静态静力学试验和正弦激振试验.结果表明：同轴永磁环准零刚度隔振器可在60 mm安装高度和160 kg负载下实现紧凑重载低频隔振,在控制激励力幅值为20 N时起始隔振频率低至3.6 Hz,5 Hz时隔振效率为44.3%(5 dB),10 Hz时隔振效率达90%(20 dB).

摘要:随着科技的快速发展,半导体制造等高精度领域对振动控制提出了更高要求.主动隔振器作为关键的振动控制技术,能够有效减小外部和内部振动对设备性能的影响.然而,现有控制方法在应对高精度隔振系统中的挑战时仍存在局限,特别是在处理由运动台引起的直接扰动时.本文提出了一种结合驱动力前馈与迭代学习控制的主动隔振新方案.通过对隔振平台的动力学建模,深入分析了运动台引起的直接扰动,并设计了基于驱动力前馈补偿与迭代学习控制的双重策略.前馈补偿通过精确预测并抑制运动台对隔振平台的部分扰动；迭代学习控制则通过多次迭代优化补偿策略,有效减小摩擦力等非线性扰动的影响,提升了系统的控制精度.实验结果表明,该方法显著提高了系统的隔振性能,尤其在摩擦力扰动抑制方面取得了优异的效果.

摘要:工程学中的许多参数激励振动都会产生带有非线性项的Mathieu方程.本文以底鼓触发器为实物模型,将底鼓槌子的击打过程等效为一个类Kapitza单摆系统,运用泰勒展开得到含有五次方非线性项的Mathieu-Duffing方程.并采用摄动法全面分析了首个参数共振舌域的过渡曲线及附近的稳定性变化,确定了系统具有多个平衡点共存.借助雅可比矩阵的特征值,详细揭示了平衡点处超临界叉式分岔与亚临界叉式分岔的发生机制,深入探讨了分岔与非线性参数之间的内在关联.最后运用数值模拟得到了在三维参数状态空间中的首个参数共振舌域的分岔图,并验证了理论推导的正确性.

摘要:随着社会对供电可靠性要求的提升,配电网带电作业技术的创新愈发重要.无人机技术的发展推动了飞行机械臂系统在带电作业中的应用,有效解决了传统人工作业的安全风险、效率低下和环境适应性差等问题.本文聚焦于飞行机械臂关节模组的轨迹跟踪控制，旨在提高带电作业的精度和安全性.为此,提出了一种基于广义Udwadia-Kalaba理论的鲁棒控制算法,以实现综合约束下的轨迹跟踪控制.该算法构建了包含等式和不等式约束的框架,将轨迹跟踪问题转化为约束跟踪问题.通过Udwadia-Kalaba方程处理等式约束,采用微分同构方法处理不等式约束,构成一种结合等式和不等式控制项的控制策略,用于求解约束力.仿真结果表明,该控制方法显著提高了轨迹跟踪的准确性和稳定性.

摘要:针对带有前/后掠、上/下反的三维桨尖旋翼气弹动力学问题开展旋翼气弹响应参数影响分析.基于中等变形梁理论,并针对三维桨叶梁单元连续协调问题引入节点转换矩阵以及建立变形相容原则,建立复杂三维外形旋翼气弹分析模型,并开展详细的气弹响应参数影响分析.研究表明：桨尖前/后掠布局会造成挥舞和扭转方向的耦合效应,桨尖上/下反布局会造成摆振和扭转方向的耦合效应,尤其是在大速度状态下,桨叶弹性扭转受三维桨尖布局变化影响明显.

摘要:基于动柔度法的颤振主动控制器设计可基于实验获得相应模型参数,进行控制器参数求解,但目前基于动柔度法的控制器在设计时忽略了大量气动伺服弹性模型的耦合项,导致控制器适用性不高.本文以AGARD机翼气动伺服弹性模型为对象,构造包含控制面耦合影响的气动伺服弹性模型,提出了考虑控制面耦合影响的基于动柔度法颤振主动控制器设计方法,并与原始控制器进行对比,最后研究了任意来流速度下控制器参数拟合.仿真结果表明,采用原始方法设计的控制器难以应用于存在控制面耦合影响的气动伺服弹性模型中,而基于本文推导的新型动柔度法颤振主动控制器可精确配置闭环系统特征根,满足设计需求,采用低于开环颤振速度的设计点设计固定参数的颤振主动控制器,可提升颤振动压30%.

摘要:针对含裂纹齿轮传动系统的混沌动力学进行了分析,提出了一种混沌控制策略.首先建立含裂纹三自由度齿轮系统模型,分析裂纹演变对啮合刚度的影响,进而分析了参数ω-ξ耦合作用下系统动力学响应的变化规律,并画出系统参数平面上的运动分布图、位移幅值云图等,分析获取了混沌运动的参数分析判据,同时通过多初值分岔图探究吸引子共存的规律.其次针对部分参数区间混沌发生的区域,基于极限学习机(extreme learning machine,ELM)设计混沌控制器,构建了控制性能指标函数,利用混沌控制器输出微小扰动施加于系统的可控参数ω和ξ,将混沌运动控制为预期的周期运动,同时将基于精英选择策略的黏菌优化算法(elite selection strategy slime mould algorithm,ESMA)算法与ELM相结合,优化混沌控制器的参数.然后依据吸引子共存规律,通过力反馈控制,将系统稳定到位移幅值更小的周期轨道.最后通过仿真验证了所提出控制策略的有效性.

摘要:为了提高动力吸震器的有效工作频带，并且改善其所需调谐质量过大造成的工程实际使用方面的限制，本文将惯容器与非线性能量阱相结合，构建了一种新的动力吸震器——双调谐质量惯容非线性能量阱(inertial double tuned mass nonlinear energy sink, IDTM-NES)，并对其减震性能进行了研究.以单自由度被控结构为例，利用Runge-Kutta算法对IDTM-NES的构造参数进行数值优化，并与经典的调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)和非线性能量阱(nonlinear energy sink, NES)相对比分析了结构的地震激励响应，研究了阻尼耗能曲线随时间变化规律.此外，以小波变换为手段，研究了振动响应能量的时频分布规律.研究结果表明：相比于TMD和NES，IDTM-NES能够更为有效地减小被控主结构和调谐子结构的地震响应，更好地提高控制系统的阻尼耗能表现，并且在考虑主结构刚度变化的情况下，也具有更为优异的鲁棒性；IDTM-NES能够在更宽阔的频域内产生丰富的瞬时内共振俘获行为，这也揭示了IDTM-NES能够高效减震的工作机理.

摘要:本文针对动力系统提出了直接时域整形的一种面向控制的二项式模型,即由标称模型与整形偏差模型构成.根据动力系统动力学特点、控制性能要求,建立二项式标称模型；动力系统实际性能与标称模型的偏差量,即未建模动态量、内整形量、外扰动量等形成整形偏差模型.二项式控制模型有前馈、反馈、整形量三项输入,相应控制器有两个自由度,前馈实现动力系统控制性能要求,反馈则主动平衡整形偏差量.数值仿真结果表明,本文的二项式控制模型对含纯积分环节、线性与非线性等动力系统都能准确达到控制性能的要求.