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低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制

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工程力学 2004年第3期21卷 84-89页

作者：周舟陆秋海任革学郭铁能清华大学工程力学系北京100084

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制... 详细信息

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器。根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG。对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制。

关键词：振动控制特征系统实现算法最优控制太阳能帆板

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空间柔性结构振动的直接速度反馈控制

机械强度 2003年第5期25卷 476-480页

作者：郭铁能周舟陆秋海任革学清华大学工程力学系北京100084

针对空间柔性结构的低频振动问题 ,采用轻质的直流电机和拉索作为控制器 ,通过传感器和控制器的共位布局方式 ,建立柔性结构的直接速度反馈主动阻尼控制方案。该方案无需柔性结构的系统控制模型 ,只需调整速度反馈增益 ,即可以达到控制... 详细信息

针对空间柔性结构的低频振动问题 ,采用轻质的直流电机和拉索作为控制器 ,通过传感器和控制器的共位布局方式 ,建立柔性结构的直接速度反馈主动阻尼控制方案。该方案无需柔性结构的系统控制模型 ,只需调整速度反馈增益 ,即可以达到控制结构振动的目的。为验证该方案的有效性 ,文中对一含中心刚体的柔性卫星缩尺模型进行数值仿真 ,并采用气浮台模拟太空无重力环境 ,对该模型进行控制实验。仿真和实验的结果表明 ,该控制方案对空间柔性结构的低频大幅振动有很好的控制效果。

关键词：柔性空间结构阻尼速度反馈振动控制气浮台直流电机拉索控制器传感器

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结构应变模态辨识的特征系统实现方法

机械强度 2004年第1期26卷 1-5页

作者：陆秋海周舟李德葆郭铁能清华大学工程力学系北京100084

应变模态可以分析动载下结构的应力状态。文中将基于位移响应数据的特征系统实现算法应用于应力应变分析中 ,建立基于应变测量数据的结构动力学参数辨识方法。首先建立应变的状态空间描述方程。由于应变模态和位移模态是同一物理状态的... 详细信息

应变模态可以分析动载下结构的应力状态。文中将基于位移响应数据的特征系统实现算法应用于应力应变分析中 ,建立基于应变测量数据的结构动力学参数辨识方法。首先建立应变的状态空间描述方程。由于应变模态和位移模态是同一物理状态的两种不同表现方式 ,二者的数学表达式具有相似性 ,前者是后者的相似变换。在此基础上 ,给出应变格式的ERA识别方法。利用应变格式进行eigensystemrealizationalgorithm(ERA)分析 ;不仅可以辨识出结构的频率、阻尼比等动力学参数 ,而且还可以辨识得到相应的结构应变模态 ,从而建立应力应变预测响应模型。数值仿真和实验验证表明。

关键词：应变模态应变测量特征系统实现算法系统辨识复杂结构动态设计

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重载大跨距横梁承载曲线分析与实验研究

北京工业大学学报 2011年第8期37卷 1129-1135页

作者：郭铁能席方剑蔡力钢刘志峰程强北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

针对重载大跨距横梁的承载变形补偿问题进行研究,以提高重型机床产品加工精度为最终目的,提出了一种通过预制起拱曲线来提高机床加工精度的方法.基于有限元分析方法预估弹性横梁静态承载曲线,进而得到横梁起拱曲线,并通过实验对起拱曲... 详细信息

针对重载大跨距横梁的承载变形补偿问题进行研究,以提高重型机床产品加工精度为最终目的,提出了一种通过预制起拱曲线来提高机床加工精度的方法.基于有限元分析方法预估弹性横梁静态承载曲线,进而得到横梁起拱曲线,并通过实验对起拱曲线进行验证.该研究为重载大跨距横梁承载曲线的设计、结构优化与反变形加工提供了理论与技术指导.

关键词：重型数控龙门铣床大跨距横梁仿真分析承载曲线位移测量

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柔性结构振动单边库仑摩擦控制

清华大学学报（自然科学版） 2006年第8期46卷 1481-1484页

作者：郭铁能陆秋海李俊峰清华大学航天航空学院破坏力学教育部重点实验室北京100084

为解决航天结构的低频振动抑制问题,针对拉索控制装置的单边饱和特点,推导了一种非二次型性能指标函数的最优控制方法。适当地选择非二次型性能指标函数中特殊加权参数,最优控制是一种单边Cou lom b摩擦。通过简单改造的电机拉索结构,... 详细信息

为解决航天结构的低频振动抑制问题,针对拉索控制装置的单边饱和特点,推导了一种非二次型性能指标函数的最优控制方法。适当地选择非二次型性能指标函数中特殊加权参数,最优控制是一种单边Cou lom b摩擦。通过简单改造的电机拉索结构,该最优控制能采用无需耗能的被动控制方式实现,为航天结构振动抑制节省控制能量。同时最优控制不依赖控制结构模型,在结构模型不确定的情况下,仍具有最优和全局渐进稳定性。在悬臂上进行最优控制的数值仿真结果显示该最优控制方法能充分利用控制作动器迅速抑制结构振动。

关键词：振动控制最优控制被动控制单边Coulomb摩擦

高强栓接结构对分段式重载横梁动态特性的影响

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北京工业大学学报 2012年第7期38卷 961-966页

作者：刘志峰宋斌郭铁能蔡力钢郭东亮王锋北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京市先进制造技术重点实验室北京100124

针对高强栓接连接的超跨距分段式横梁与整体式横梁,以某机床厂生产的重型龙门数控机床三段式栓接重载横梁为研究对象,在横梁3种安装方式下分别对其进行动力学实验,并且利用三维建模软件与有限元软件对相应的整体式横梁进行了建模与分析... 详细信息

针对高强栓接连接的超跨距分段式横梁与整体式横梁,以某机床厂生产的重型龙门数控机床三段式栓接重载横梁为研究对象,在横梁3种安装方式下分别对其进行动力学实验,并且利用三维建模软件与有限元软件对相应的整体式横梁进行了建模与分析.通过对照测试结果与分析结果,探究了栓接结合部对横梁动态特性的影响.结果表明:分段式横梁在3种情况下的动力学特性与整体式横梁并无显著差别,横梁栓接结合部对横梁动力学特性的影响较小.

关键词：重型龙门机床动力学分段式横梁高强栓接结构

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大跨度重载横梁导轨接触的变形分析

北京工业大学学报 2012年第1期38卷 12-16页

作者：程强董雪娇刘志峰杨文通郭铁能北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

以某重型数控龙门铣床大跨度重载横梁为研究对象,基于有限元软件进行建模和力学分析,研究了大跨度动梁结构在实际工况条件下的载荷分布及受力变形情况,通过接触分析和约束分析,提出了考虑溜板重叠效应的大跨度承载曲线的创建及描述方法... 详细信息

以某重型数控龙门铣床大跨度重载横梁为研究对象,基于有限元软件进行建模和力学分析,研究了大跨度动梁结构在实际工况条件下的载荷分布及受力变形情况,通过接触分析和约束分析,提出了考虑溜板重叠效应的大跨度承载曲线的创建及描述方法,得到刀尖点的轨迹变形,为大跨度横梁设计结构的改进和预起拱曲线的加工提供了理论依据和仿真方法.

关键词：大跨度重载横梁有限元接触分析承载曲线

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单边饱和跟腱控制器结构振动控制实验研究

大连理工大学学报 2006年第Z1期46卷 40-45页

作者：郭铁能陆秋海李俊峰清华大学航天航空学院破坏力学教育部重点实验室北京100084

两个电机跟腱控制器被用于一中心刚体和两个对称太阳能帆板的卫星模型振动控制中．跟腱一端安装在柔性帆板的自由端,另一端与驱动电机相连,安装在中心刚体上．针对无预紧力跟腱的单边饱和特点,采用了一种分段性能指标代替原有的二次型... 详细信息

两个电机跟腱控制器被用于一中心刚体和两个对称太阳能帆板的卫星模型振动控制中．跟腱一端安装在柔性帆板的自由端,另一端与驱动电机相连,安装在中心刚体上．针对无预紧力跟腱的单边饱和特点,采用了一种分段性能指标代替原有的二次型性能指标的最优控制方法．该方法将跟腱的单边饱和特性考虑在内并以合适的抑制速度对结构振动进行控制．卫星模型悬浮在4 m×1．7 m的气浮台上,以此模拟太空二维无重力环境．控制率是通过ERA(eigensystem realization algorithm)算法辨识出的系统动力学模型进行设计,并对各种激励下的模型振动进行控制．实验验证了该最优控制率和跟腱控制方式能有效地控制各种干扰下引起的卫星模型振动．

关键词：振动控制跟腱控制最优控制单边非线性饱和非线性

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不同预紧力下栓接结合部切向等效特性

振动．测试与诊断 2013年第1期33卷 82-87,167页

作者：李玲蔡力钢蔡安江郭铁能赵永胜西安建筑科技大学机电工程学院西安710055 北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

由于栓接结合部对整体结构的动态特性影响很大,因此如何建立准确的等效动力学模型是必须解决的首要问题。根据整体结构的边界条件和连接条件,利用结构的对称性,将设计的模型等效为栓接结合部和一端带集中质量的匀质Timoshenko梁,考虑端... 详细信息

由于栓接结合部对整体结构的动态特性影响很大,因此如何建立准确的等效动力学模型是必须解决的首要问题。根据整体结构的边界条件和连接条件,利用结构的对称性,将设计的模型等效为栓接结合部和一端带集中质量的匀质Timoshenko梁,考虑端部转动惯量效应和第2阶模态振型的特征,建立整体结构的栓接结合部切向等效动力学力学模型。根据Timoshenko梁的振型特征,利用不同预紧力下的模态实验获得整体结构的第2阶固有频率和阻尼比,辨识出栓接结合部切向刚度与阻尼参数随预紧力的变化规律。将辨识结果耦合到整体结构中,用获得整体结构的第2阶固有频率与实验进行比较,最大误差仅为1.05%,这说明辨识出的栓接结合部切向等效动力学参数是正确的。

关键词：栓接结合部 Timoshenko梁模态实验有限元法