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分数阶PID控制对单自由度线性振子的影响

振动与冲击 2016年第24期35卷 88-95页

作者：牛江川申永军杨绍普李素娟石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

研究了基于速度反馈分数阶PID控制的单自由度线性振子的自由振动,利用平均法得到了系统的近似解析解。研究发现分数阶PID控制的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力... 详细信息

研究了基于速度反馈分数阶PID控制的单自由度线性振子的自由振动,利用平均法得到了系统的近似解析解。研究发现分数阶PID控制的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效线性负刚度的形式影响系统的动力学特性。对近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了求解过程和近似解析解的正确性。通过系统响应的性能指标分析了分数阶PID控制的比例系数、积分环节系数、微分环节系数以及分数阶阶次变化时,对系统控制性能的影响。最后,通过单自由度1/4车辆悬架模型的控制实例,说明了分数阶PID的参数整定过程。

关键词：分数阶PID控制平均法近似解析解

基于粒子群算法的被动分数阶汽车悬架参数优化设计

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振动与冲击 2017年第16期36卷 224-228,254页

作者：游浩申永军杨绍普石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

利用粒子群算法研究了被动分数阶汽车悬架参数的优化设计。分数阶汽车悬架系统是指运动微分方程中含有分数阶微分项的汽车悬架系统。建立了被动分数阶悬架系统的仿真模型,利用Oustaloup滤波器算法实现了该模型中分数阶微积分的近似计算... 详细信息

利用粒子群算法研究了被动分数阶汽车悬架参数的优化设计。分数阶汽车悬架系统是指运动微分方程中含有分数阶微分项的汽车悬架系统。建立了被动分数阶悬架系统的仿真模型,利用Oustaloup滤波器算法实现了该模型中分数阶微积分的近似计算。利用粒子群算法寻找一组最优的悬架参数来协调汽车操纵稳定性和乘坐舒适性的关系以到达最优的悬架性能。对比原悬架系统和优化后悬架系统在A、B、C、D共四级路面输入下的响应及其频率特性。研究结果表明,利用该方法对被动分数阶悬架参数进行优化设计,在保证汽车操纵稳定性的前提下乘坐舒适性得到明显改善。

关键词：汽车悬架分数阶微积分粒子群算法 Oustaloup滤波器

分数阶时滞反馈对Duffing振子动力学特性的影响

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物理学报 2016年第9期65卷 158-167页

作者：温少芳申永军杨绍普石家庄铁道大学交通运输学院石家庄050043 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

研究了含分数阶时滞耦合反馈的Duffing自治系统,通过平均法得到了系统周期解的一阶近似解析形式,定义了以反馈系数、分数阶阶次、时滞参数表示的等效刚度和等效阻尼系数,发现分数阶时滞耦合反馈同时具有速度时滞反馈和位移时滞反馈的作... 详细信息

研究了含分数阶时滞耦合反馈的Duffing自治系统,通过平均法得到了系统周期解的一阶近似解析形式,定义了以反馈系数、分数阶阶次、时滞参数表示的等效刚度和等效阻尼系数,发现分数阶时滞耦合反馈同时具有速度时滞反馈和位移时滞反馈的作用.比较了三种参数条件下近似解析解与数值积分的结果,二者的吻合精度都很高,证明了近似解析解的正确性和准确性.分析了反馈系数、分数阶阶次和非线性刚度系数等参数对系统分岔点、周期解稳定性、周期解的存在范围、零解的稳定性以及稳定性切换次数等系统动力学特性的影响.

关键词：分数阶微分 Duffing振子时滞平均法

基于速度反馈分数阶PID控制的达芬振子的主共振

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力学学报 2016年第2期48卷 422-429页

作者：牛江川申永军杨绍普李素娟石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

与传统整数阶比例-积分-微分(PID)控制器相比,分数阶比例-积分-微分控制器由于增加了两个控制参数,因此能够更灵活地控制受控对象.研究了基于速度反馈分数阶比例-积分-微分控制的达芬振子的主共振,利用平均法获得了系统的近似解析解.研... 详细信息

与传统整数阶比例-积分-微分(PID)控制器相比,分数阶比例-积分-微分控制器由于增加了两个控制参数,因此能够更灵活地控制受控对象.研究了基于速度反馈分数阶比例-积分-微分控制的达芬振子的主共振,利用平均法获得了系统的近似解析解.研究发现分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节以等效线性阻尼的形式影响系统的共振振幅,积分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效质量的形式影响系统的动力学特性.建立了主共振幅频响应方程的解析表达式和稳定性判断准则,并对主共振幅频响应的近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了求解过程和近似解析解的正确性.分析了分数阶比例-积分-微分控制器的比例环节系数、积分环节系数、微分环节系数以及分数阶阶次变化时,对系统主共振幅频响应的影响.对分数阶比例-积分-微分控制器与传统整数阶比例-积分-微分控制器的控制效果进行了对比,发现当控制器各个环节的系数相同时,基于速度反馈的分数阶比例-积分-微分控制对达芬振子主共振的控制效果要优于传统整数阶比例-积分-微分控制.

关键词：分数阶比例-积分-微分控制达芬振子主共振平均法

含负刚度元件的三要素型动力吸振器的参数优化

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振动工程学报 2017年第2期30卷 177-184页

作者：王孝然申永军杨绍普邢海军石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

提出了一种含有负刚度弹簧元件的三要素型动力吸振器模型,对该模型最优参数进行了研究。首先,建立了系统的运动微分方程,得到了系统的解析解,发现该系统存在着3个固定点。利用固定点理论将3个固定点调到同一高度得到了动力吸振器的最优... 详细信息

提出了一种含有负刚度弹簧元件的三要素型动力吸振器模型,对该模型最优参数进行了研究。首先,建立了系统的运动微分方程,得到了系统的解析解,发现该系统存在着3个固定点。利用固定点理论将3个固定点调到同一高度得到了动力吸振器的最优调谐比和最优刚度比设计公式,根据负刚度的特性得到了在保证系统稳定情况下的最优负刚度比,通过最小化幅频曲线的最大值得到了系统最优阻尼比设计公式。最后,通过数值解与解析解的对比说明了解析解的正确性。并通过与3种典型动力吸振器模型在简谐激励和随机激励情况下的对比,说明了此模型在主系统减振方面具有很大的优势,减振效果远优于3种已有动力吸振器模型,为设计新型动力吸振器模型提出了理论上的参考。

关键词：振动控制动力吸振器负刚度固定点理论参数优化

基于样本熵和分数阶傅里叶变换的滚动轴承故障特征提取

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振动与冲击 2017年第18期36卷 65-69页

作者：郭学卫申永军杨绍普石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

提出了一种基于样本熵和分数阶傅里叶变换的故障特征提取新方法。这种方法的核心思想是首先把原始数据空间中可分性较差的数据映射到合适的分数阶空间,然后计算并比较经过合适阶次分数阶傅里叶变换后数据的样本熵,从而实现故障的特征提... 详细信息

提出了一种基于样本熵和分数阶傅里叶变换的故障特征提取新方法。这种方法的核心思想是首先把原始数据空间中可分性较差的数据映射到合适的分数阶空间,然后计算并比较经过合适阶次分数阶傅里叶变换后数据的样本熵,从而实现故障的特征提取。实测数据的研究结果表明,用这种方法提取信号特征,能增强不同故障模式的可分性,可以容易地将正常滚动轴承、内圈故障、外圈故障和滚动体故障的信号区分。

关键词：样本熵分数阶傅里叶变换特征提取

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基于惯容-弹簧-阻尼的结构减振研究

振动工程学报 2018年第6期31卷 1061-1067页

作者：李壮壮申永军杨绍普唐建花邢海军石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学数理系河北石家庄050043

提出了4种新型基于ISD(I-惯容,S-弹簧,D-阻尼)结构的被动振动控制减振形式,以减少工程结构受到外部激励时的振动。根据牛顿第二定律建立了系统的动力学方程,得到了系统的稳态振幅放大因子,发现4种模型都存在独立于阻尼比的固定点。将固... 详细信息

提出了4种新型基于ISD(I-惯容,S-弹簧,D-阻尼)结构的被动振动控制减振形式,以减少工程结构受到外部激励时的振动。根据牛顿第二定律建立了系统的动力学方程,得到了系统的稳态振幅放大因子,发现4种模型都存在独立于阻尼比的固定点。将固定点调整到同一高度进而得到最优刚度比,然后利用H∞优化使系统的最大值最小化得到了系统的最佳阻尼比。通过与传统动力吸振器在简谐激励和随机激励下的响应进行比较,发现ISD结构有很好的减振效果,为新型减振机构模型的提出和设计提供了理论依据。

关键词：振动控制惯容 ISD结构固定点理论 H∞优化

位移反馈分数阶PID控制对单自由度线性振子的影响

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控制理论与应用 2016年第9期33卷 1265-1271页

作者：牛江川申永军杨绍普李素娟石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学信息科学与技术学院河北石家庄050043

研究了基于位移反馈分数阶PID控制的单自由度线性振子的自由振动,通过平均法得到了系统的一阶近似解析解.发现分数阶PID控制器的比例环节以等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,积分环节以等效线性负阻尼和等效线性刚度的形式影响... 详细信息

研究了基于位移反馈分数阶PID控制的单自由度线性振子的自由振动,通过平均法得到了系统的一阶近似解析解.发现分数阶PID控制器的比例环节以等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,积分环节以等效线性负阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性,微分环节以等效线性阻尼和等效线性刚度的形式影响系统的动力学特性.对近似解析解和数值解进行了比较,二者吻合良好,验证了近似解析解的正确性.从近似解析解和分数阶系统的特征方程两个角度对系统的稳定性进行了分析.最后利用系统的时间响应性能指标分析了位移反馈分数阶PID控制器的系数和分数阶阶次变化时,对单自由度线性振子控制性能的影响.

关键词：分数阶PID控制控制系统的稳定性位移反馈平均法

含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器的参数优化

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振动与冲击 2019年第4期38卷 20-25页

作者：郝岩申永军杨绍普邢海军石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统。形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器,并对该模型的参数进行优化。建立系统的运动微分方程,得到系统的解析解;利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,求出系统的最... 详细信息

将黏弹性材料模型中的Maxwell模型引入到吸振系统。形成一种含负刚度器件的Maxwell模型动力吸振器,并对该模型的参数进行优化。建立系统的运动微分方程,得到系统的解析解;利用固定点理论将系统的三个固定点调整到同一高度,求出系统的最优频率比和最优负刚度比,并根据H_∞优化准则得到系统的最优阻尼比;分别在简谐激励和随机激励条件下,与几种经典动力吸振器模型对比证明了含负刚度的Maxwell模型动力吸振器有较好的吸振效果。

关键词：动力吸振器(DVA) 负刚度固定点理论参数优化