随着海洋风力发电机向大型化和轻量化方向发展，同时海上风电场的环境比较复杂，因此对风力发电机叶片进行振动控制研究就有重要的工程意义和实用价值。研究过程首先对风发电机翼型及其基本参数进行了确定，然后对风力发电机叶片气动弹性进行了分析；将风力发电机叶片简化成含有集中质量和集中刚度的等直弹性梁力学模型，对其振动特性进行了分析，并进行了实验研究；分别采用LQR、LQG和独立模态空间控制算法设计控制器，对含有集中参数的压电智能梁的振动响应进行了主动控制数值模拟；对比分析了LQR和LQG控制算法的适用性和有效性；探讨了集中质量和集中刚度的位置对悬臂梁整体振动响应量级的影响和对反馈控制效率的影响；采用自适应进化策略和遗传算法对传感器/作动器的优化布置进行研究，最后在实验室对一悬臂结构进行了智能压电控制实验研究。通过本文的研究为风力发电机叶片开发、设计和振动控制提供理论基础和技术支持。

海洋风力发电机叶片向大型化、轻量化方向发展，且海上风电场的运行环境比陆地风电场恶劣，大型风力发电机叶片在气动力、弹性力和惯性力的耦合作用下容易产生颤振，颤振交变应力会使叶片萌生疲劳裂纹导致其断裂，如何有效地抑制大型风力发电机叶片颤振是发展现代风力发电机亟待解决的关键问题之一。基于压电材料良好的性能，本项目应用压电驱动器对风力发电机叶片颤振进行控制研究。首先通过风力发电机叶片模型风洞试验和计算结构动力学、计算流体力学理论对大型风力发电机叶片气动弹性进行分析，研究风力发电机叶片发生颤振不稳定现象的机理；然后应用基于压电驱动器的智能控制方法对风力发电机叶片颤振进行抑制研究，并采用粒子群算法等方法对压电智能作动器/传感器进行优化布置；最后通过模型风洞试验验证基于压电驱动器的智能控制方法对风力发电机叶片颤振抑制的有效性。本项目的研究成果可为我国大型风力发电机叶片的开发设计提供理论基础和技术支持。

空间铰接柔性帆板和空间柔性臂等柔性多体结构在空间环境的特点：系统模型高阶且低阶振动模态频率低，阻尼弱；在调姿、变轨和温度变化易引起振动和颤振问题。研究了柔性多体结构动力学、有限元建模、振动和颤振特性分析。研究智能结构传感器和驱动器优化配置方法，分析了系统的稳定性和自适应时延补偿算法。研究了基于模型降阶和低阶模型匹配的振动和颤振抑制的智能、自适应和非线性控制方法。采用智能结构材料PZT传感器、加速度传感器、视觉传感器，压电驱动器、伺服电机、气压驱动和SMA驱动等建立实验装置，包括铰接锁紧板和柔性机械臂等实验系统。进行振动和颤振辨识、主动控制算法的试验研究，验证了研究理论方法和技术。主要研究内容、重要结果、关键数据：(1) 研制了一种压电铰接柔性板结构，进行了传感器和驱动器优化配置，实现了弯曲和扭转模态在检测和驱动上的解耦。进行了弯曲和扭转振动的非线性控制和T-S模糊控制仿真和实验研究，实现了快速振动抑制。(2) 提出了一种基于端部CCD相机视觉检测，进行柔性板结构的弯曲和扭转模态振动检测方案和图像处理方法。并进行了有限时间快速残余振动控制实验研究。(3) 研制了一种基于滚珠丝杠驱动的压电柔性臂系统，进行了特征模型的低阶模型匹配的自适应非线性控制实验研究。(4) 研制了一种谐波齿轮传动的压电铰接梁系统和一种基于行星减速器驱动的压电双柔性梁系统，分别进行了模糊终端滑模控制和分层递推控制实验研究。(5) 提出并研制了基于有杆气缸和无杆气缸驱动的压电柔性臂系统，进行了模糊自适应控制、自组织神经网络映射控制、自适应时延补偿控制等算法的仿真和实验研究，实现了振动有效控制。(6) 研制了压电固支板结构，进行了自适应滤波前馈Filter-X LMS、自适应前馈结合反馈控制FULMS等算法仿真和实验研究。相关研究成果发表文章SCI检索12篇，录用国际刊物6篇，发表EI期刊和会议文章8篇，授权专利11件，申请发明专利11件。研究成果为相关柔性结构控制工程实现和应用提供相应的理论基础和新的技术途径。 2100433B

随着世界经济和交通事业的蓬勃发展，越来越多的跨海大桥在建或将建。进入新世纪后，我国特大桥梁建设成就举世瞩目，在全世界最大跨度前10名特大缆索承重桥中，悬索桥占5座、斜拉桥占7座，面对特大桥梁建设的国家需求和桥梁抗风研究的科学使命，研究团队开展创新工作迫在眉前。桥梁颤振是桥梁抗风的重要研究内容之一，而颤振发生机理是桥梁颤振的重中之重。目前对桥梁典型断面的颤振机理研究较少，且对其颤振后状态分支跳转的发生机理研究尤为空白。因此开展对桥梁典型断面的气动性能演化规律及其机理研究、特别颤振后状态分支跳转发生机理的研究工作尤为重要。本课题旨在遵循试验-理论分析，并着眼于实际工程应用的研究思路，拟采用实验室试验、数值模拟等手段，通过桁架主梁断面、分离双箱梁、闭口箱梁以及流线型平板等典型断面的风洞试验，并采用计算流体软件对颤振后状态的数值模拟，以建立一种新的颤振机理研究理论，对其进行较为深入的研究。

大跨度桥梁的颤振分析是抗风设计的主要依据，而风场模拟和颤振导数识别是进行颤振分析的两个前提条件。本项目在国家自然科学基金(512080155)资助下，进行了颤振分析、颤振导数识别以及风场模拟三个方面的工作。主要内容包括：研究了三种不同相干函数条件下模拟脉动风的统计特征变化规律，对比分析了三种风场模拟程序(谐波合成法、线性滤波法和特征正交分解法)的计算效率，研究结果表明：采用修正的指数表达式相干函数模拟的脉动风具有负相关性，同时能较好解决谱密度矩阵不正定的问题；谐波合成法较为适合桥梁结构的脉动风场模拟。提出了识别颤振导数的思路简单、适用性更广的小波识别法；改进了识别颤振导数的随机子空间法；编制了两种方法的计算程序，并通过算例分析验证了这些方法的有效性。发展了大跨度桥梁结构气动耦合颤振的双模态和多模态分析方法，对几座典型桥梁结构进行了耦合颤振分析，通过不同方法分析结果与精确解或试验结果之间的比较，验证了其有效性。提出了另一种修正的分步分析法，与Matsumoto提出的修正分步分析法相比，物理意义更明确；利用其对几种典型桥梁断面的颤振机理进行了深入的研究，同时首次探索性地解释了颤振后状态颤振分支跳转的原因。 2100433B