Semi-automated optimal vibration suppression of flexible structures

柔性结构的半自动优化振动抑制

基本信息

项目摘要

The overall objective of the proposed research program is to develop an innovative approach for optimum vibration suppression of flexible structures. Commonly used passive vibration absorbers become de-tuned over time due to the structural variations. In order to compensate for these deviations, active vibration control schemes are needed. These techniques, however, suffer from the control induced instability in addition to the large control effort requirement. Utilizing concurrent use of semi-active and active subsections, an intelligent semi-automated alternative is suggested. The semi-active subsection includes smart structures ranging from ER/MR dampers to magnetostrictive actuators, and a particular set of piezoelectric actuators forms the active subsection. By altering the adjustable structural properties (in semi-active unit) and control parameters (in active unit), a search is conducted to minimize an objective function subject to constraints, which may reflect performance characteristics. In practice, an engineer in-the-loop interprets the resulting performance and may initiate a number of options: control optimization, semi-active component optimization, or combination of the two. The predominant activity of the proposed study will be to develop and facilitate this interpretive decision making via numerical tools. The vibration should be suppressed to the possible extent using a semi-active unit (the least power consuming effort) through proper adjustment of smart materials, while the active absorber unit handles the remaining vibration suppression requirement. If the resulting design is not acceptable or if system parameters show variations, an interpretation procedure triggers to alter the parameters of the semi-active unit, or retune the control parameters of active unit, or concurrently adjust both. These features are very important and will broaden the utility of the vibration absorbers in industrial applications where a wide range of structural variations is encountered. The feasibility of the proposed method is demonstrated through the simulations of a SDOF system. The challenge lies in the development of intelligent decision-making processes for hybrid treatment when implemented on realistic systems with complex dynamics and controllability.
拟议研究计划的总体目标是开发一种创新方法,以实现柔性结构的最佳振动抑制。随着时间的推移,常用的被动减振器会由于结构变化而失谐。为了补偿这些偏差,需要主动振动控制方案。然而,除了需要大量的控制工作之外,这些技术还受到控制引起的不稳定性的影响。利用半主动和主动分段的同时使用,建议采用智能半自动化替代方案。半主动部分包括从 ER/MR 阻尼器到磁致伸缩致动器的智能结构,并且一组特定的压电致动器形成主动部分。通过改变可调节的结构特性(在半主动单元中)和控制参数(在主动单元中),进行搜索以最小化受约束的目标函数,这可以反映性能特征。在实践中,工程师在环中解释所产生的性能,并可能启动许多选项:控制优化、半主动组件优化或两者的组合。拟议研究的主要活动将是通过数值工具开发和促进这种解释性决策。应通过智能材料的适当调整,使用半主动单元(耗电最少的努力)将振动抑制到可能的程度,而主动减振单元则处理剩余的振动抑制要求。如果最终的设计不可接受或者如果系统参数显示变化,则解释程序触发以改变半主动单元的参数,或重新调整主动单元的控制参数,或同时调整两者。这些功能非常重要,将扩大减振器在遇到各种结构变化的工业应用中的实用性。通过单自由度系统的仿真证明了该方法的可行性。挑战在于在具有复杂动态和可控性的现实系统上实施混合治疗的智能决策过程的开发。

项目成果

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