Vibration Control of Active Structures (Solid Mechanics and Its Applications)

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出版者:Springer
作者:Andre Preumont
出品人:
页数:385
译者:
出版时间:2002-09-17
价格:USD 89.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781402009259
丛书系列:
图书标签:
  • Adaptronik
  • Vibration Control
  • Active Structures
  • Solid Mechanics
  • Structural Dynamics
  • Modal Analysis
  • Control Theory
  • Engineering Mechanics
  • Finite Element Method
  • Smart Materials
  • Damping
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具体描述

This book consists of 14 chapters. Chapters 2 and 3 are devoted to the dynamics of active structures; the open loop transfer functions are derived from the constitutive equations; the discussion includes active trusses with piezoelectric struts, and beams and shells with embedded laminar piezoelectric actuators and sensors. Chapters 4 and 5 discuss the virtues of collocated actuator/sensor configurations and how they can be exploited to develop active damping with guaranteed stability. Chapter 6 addresses vibration isolation for one and 6 d.o.f. Chapter 7 discusses optimal control for SISO systems with symmetric root locus. Chapter 8 discusses the design tradeoffs for SISO systems in the frequency domain, including the Bode amplitude/phase relationship. Chapter 9 provides a more general discussion of optimal control using of optimal control using the Riccati equation; spillover is examined. Chapters 10 and 11 review briefly the concepts of controllability, observability and stability. Chapter 12 discusses the semi-active control, including some materials on magneto-rheological fluids. Chapter 13 describes various practical applications to active damping, precision positioning and vibroacoustics, and chapter 14 discusses the active damping of cable- structures.

好的,这是一本关于结构动力学和振动控制的专业著作的详细简介,重点突出其理论深度、应用广度和前沿性,同时不提及您提供的具体书名。 --- 结构动力学与主动控制:先进工程系统的理论与实践 本书深入探讨了现代工程结构中振动现象的本质、建模方法及其先进的主动控制技术。面对日益复杂、对性能要求极高的基础设施、航空航天器以及精密机械系统,理解和驾驭振动已成为确保结构安全、可靠性和功能性的关键。本书旨在为高级工程师、研究人员和研究生提供一个全面、严谨且高度实用的知识体系。 全书结构严谨,从基础理论出发,逐步过渡到前沿控制算法的构建与实施。我们首先系统回顾了经典结构动力学的核心概念,包括单自由度和多自由度系统的自由振动与强迫振动分析,深入探讨了模态理论在大型结构分析中的应用,并详细阐述了粘滞阻尼、结构阻尼以及非线性阻尼对系统响应的影响机制。重点章节专门讨论了连续体结构(如梁、板、壳)的偏微分方程建模,并结合有限元方法(FEM)的理论基础,展示如何有效地离散化复杂的连续体系统,获得准确的动力学特性。 系统建模与识别:从理想化到现实 在深入控制研究之前,精确的系统模型至关重要。本书的第二部分聚焦于结构系统辨识和参数估计。我们不仅涵盖了基于物理方程的先验建模方法,更强调了实验数据驱动的系统辨识技术。这包括频响函数(FRF)分析、时域状态空间模型识别,以及如何处理实际测试中常见的噪声、传感器位置不确定性和模型误差。特别地,书中详细介绍了如何利用先进的算法(如子空间辨识法、系统等价模型方法)从大规模实验数据中提取出精确的模态参数和阻尼比,为后续的主动控制设计奠定坚实的量化基础。 主动控制理论的核心:从传统到智能 本书的核心价值在于其对主动振动控制(AVC)技术的详尽阐述。控制系统的设计建立在对结构动态特性的精确理解之上。我们详细分析了反馈控制、前馈控制和最优控制的基本原理。 反馈控制设计: 重点介绍了基于状态反馈的经典方法,如线性二次调节器(LQR)的设计、极点配置技术,以及如何将这些方法应用于具有大量自由度和输入/输出的实际系统中。书中对鲁棒性分析进行了深入探讨,解释了在模型不确定性或外部扰动存在的情况下,如何设计出保证稳定性和性能的控制器,例如 $H_{infty}$ 控制和 $mu$ 综合理论在结构控制中的应用。 现代与智能控制方法: 随着计算能力的提升,更复杂的控制策略得以实现。本书详细介绍了模糊逻辑控制(Fuzzy Logic Control, FLC)和神经网络控制(Neural Network Control, NNC)在处理强非线性、时变系统时的优势。对于需要实时、低延迟计算的系统,我们展示了如何应用模型预测控制(MPC)来优化瞬时控制性能,同时兼顾执行器的限制。 关键执行器与传感器技术: 控制的有效性高度依赖于执行器和传感器的选择与集成。书中专门开辟章节讨论了压电材料(PZT)、磁流变(MR)阻尼器、形状记忆合金(SMA)以及机电作动器(EMA)的工作原理、建模和集成挑战。同时,对激光多普勒测振仪(LDV)、光纤布拉格光栅(FBG)传感器在结构健康监测和控制反馈中的应用进行了深入分析,强调了传感器布局优化对控制性能的关键影响。 应用案例与前沿方向 为增强理论的实践指导性,本书穿插了大量工程应用案例: 1. 大型桥梁与高层建筑的抗风抗震控制: 讨论如何利用主动质量阻尼器(AMD)、调谐质量阻尼器(TMD)的改进型——主动/半主动质量阻尼器来抑制风致振动和地震响应。 2. 航空航天结构的主动减振: 针对柔性机械臂、卫星姿态控制和机翼颤振抑制中的挑战,展示如何设计轻量化、高带宽的主动控制系统。 3. 精密仪器与设备的隔振: 探讨超高精度制造和半导体设备中,如何利用先进的隔振台和主动气浮系统来消除微振动干扰,实现纳米级定位精度。 面向未来的展望: 本书最后展望了该领域的前沿研究方向,包括基于机器学习的自适应控制、分布式控制架构的优化,以及结构-控制系统协同设计(Co-design)的新范式。特别强调了数字孪生(Digital Twin)技术在实时监测、预测性维护和虚拟控制器验证中的潜力。 本书文字严谨,公式推导清晰,配有大量工程实例和仿真结果,旨在成为结构动力学与主动控制领域,从理论学习到工程实践中不可或缺的参考手册。它不仅教会读者“如何做”,更深入剖析了“为什么这样做”背后的物理和数学原理。

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目录信息

读后感

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“Vibration Control of Active Structures”这个书名,仿佛为我打开了一扇通往工程科学最前沿的大门。作为一名长期关注工程技术发展的人,我对如何让复杂的工程系统在动态环境中保持最佳性能充满了兴趣。我理解,振动控制并非易事,尤其是在面对不断变化的外部载荷和结构自身响应时。因此,“Active Structures”这个词组尤其吸引我,它暗示了这本书将深入探讨如何赋予结构“生命”,让它们能够自主地感知并响应振动,而不是被动地承受。我设想,这本书的作者一定是一位在动力学、控制理论和结构工程领域都有着深厚积累的学者,他/她能够将复杂的理论以清晰易懂的方式呈现出来。我期待书中会详细阐述不同类型的振动源及其对结构的潜在影响,并在此基础上,介绍各种先进的振动监测技术,例如光纤传感器、加速度计的最新发展,以及它们在实际工程中的部署策略。更重要的是,我非常好奇书中会介绍哪些主动控制策略,例如自适应控制、鲁棒控制,或者更具前瞻性的智能控制方法。这些方法是如何通过执行器(如压电陶瓷、液压阻尼器)与结构耦合,从而实现有效的振动抑制?我甚至推测,书中可能还会探讨如何将这些技术应用于诸如桥梁、高层建筑、甚至精密机械设备的设计中,并辅以详实的案例分析,来展示其优越性和实用性。这本书的名字让我充满了探索的动力。

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这本书的书名瞬间吸引了我,"Vibration Control of Active Structures",光听名字就感觉充满了科技感和解决实际问题的力量。作为一名工程领域的爱好者,我对如何让结构在面对各种扰动时保持稳定和性能始终充满好奇。虽然我还没有深入阅读这本书,但仅仅从书名就能联想到它可能涵盖的广阔领域。我脑海中浮现出的画面是,在建筑、桥梁、甚至是航空航天器等各种精密工程中,如何通过主动的手段来抵消和抑制不必要的振动,从而保证结构的安全性、舒适性和使用寿命。这不仅仅是理论上的探讨,更是工程实践中至关重要的环节。我设想,这本书可能会深入剖析各种振动源,例如地震、风荷载、甚至是机械设备运行产生的动态力,以及它们对结构产生的潜在危害。然后,它可能会介绍各种先进的传感技术,用来实时监测结构的振动状态,以及计算机会如何根据这些数据来精确地控制执行器。我期待它能提供一些前沿的控制算法和策略,比如智能阻尼器、主动隔振系统等,并可能通过大量的案例研究来展示这些技术的实际应用效果。我个人对于结构健康监测和损伤评估也非常感兴趣,因此,我也猜测这本书可能会提及如何通过振动控制技术来间接评估结构的损伤程度,或者如何设计能够适应结构损伤变化的控制系统。总而言之,这本书的书名让我对它充满了期待,我相信它会是一部关于如何让工程结构更智能、更安全的宝贵参考。

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这本书的书名“Vibration Control of Active Structures”就像一把钥匙,开启了我对工程领域一个充满挑战又极其迷人的分支的想象。作为一个业余的工程技术爱好者,我总是被那些能够解决复杂工程难题的创新技术所吸引,而振动控制无疑是其中一个绕不开的难题。我设想,这本书的作者一定是一位在该领域有着深厚造诣的专家,他/她将带领读者走进一个由传感器、控制器和执行器构成的动态世界。我猜想,书中会详细阐述为什么振动对于许多结构来说是如此的致命,从微小的设备到宏伟的建筑,不必要的振动都可能导致性能下降、寿命缩短,甚至灾难性的失效。然后,书的重点可能会放在“Active Structures”上,这四个字暗示着本书将侧重于利用现代科技来主动地、实时地应对振动,而非仅仅被动地承受。我非常好奇书中会介绍哪些具体的主动控制技术,是基于反馈控制的,还是预测控制的?它们是如何集成到结构中的?又是如何克服实时计算和响应速度的挑战的?我甚至可以想象,书中可能还会涉及一些关于材料科学的最新进展,比如智能材料在振动控制中的应用,或者一些仿生学的设计原理,如何从自然界中汲取灵感来设计更高效的振动抑制系统。总的来说,这本书的书名给我留下了一种深刻的印象,它预示着一本能够激发思考、拓展视野,并可能为实际工程问题提供深刻见解的著作。

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仅仅是“Vibration Control of Active Structures”这个书名,就足以让我这位对工程机械和系统动力学有着浓厚兴趣的读者产生无限的遐想。在我看来,这本书所蕴含的知识,不仅仅是对学术理论的探索,更是对现实世界中那些不断受到外界力量挑战的“活”的结构的精妙调控。我脑海中浮现的是各种各样的场景:从精密仪器在高速运行中需要保持绝对的稳定,到摩天大楼在强风或地震中不至于摇晃不定,再到高速列车在轨道上平稳疾驰。这些都需要对振动进行精确的控制。我猜测,这本书的核心内容会围绕着“Active Structures”展开,这意味着它将不仅仅是描述结构的固有特性,更会深入探讨如何通过人为设计的系统来实时地、智能化地干预结构的振动行为。我期待它能详尽地介绍各种用于检测振动的传感器技术,它们是如何捕捉到微小的形变和加速度的;以及用于抵消振动的执行器,它们又是如何产生反向力来抵消不必要的能量的。更吸引我的是,书中可能还会涉及复杂的控制算法,是如何在瞬间分析大量的传感器数据,并做出最优的控制决策的。我希望能够了解到一些在不同工程领域(如土木工程、机械工程、航空航天工程)中应用主动振动控制的实际案例,从而更直观地理解这些理论的强大之处。总之,这个书名让我觉得它是一扇通往工程智慧的窗口,让我渴望一探究竟。

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这本书的书名,“Vibration Control of Active Structures”,一下子就勾起了我的好奇心。作为一名对工程技术,尤其是那些能够解决实际难题的科学领域充满热情的人,我一直对如何让结构在面对各种动态挑战时保持稳定和高效深感兴趣。我理解,振动是许多工程系统面临的普遍问题,它不仅会影响系统的性能,还可能导致结构的损坏甚至失效。而“Active Structures”这个词组,则进一步点燃了我对这本书内容的期待,它预示着这本书将不仅仅停留在对振动现象的描述,而是要深入探讨如何通过智能化、主动化的方式来应对和控制这些振动。我脑海中不禁勾勒出各种应用场景:从减少高速列车在轨道上的颠簸,到保障精密仪器在实验室里的绝对稳定,再到提升高层建筑在地震或强风中的安全性,这些都需要精密的振动控制技术。我非常期待这本书能详尽地介绍各种用于监测结构振动的先进传感器技术,以及它们如何实时地将数据反馈给控制系统。同时,我也对书中可能介绍的各种执行器技术,比如那些能够产生精确反向力的装置,以及它们如何与结构进行耦合,表现出浓厚的兴趣。更重要的是,我希望能从书中了解到各种智能控制策略,是如何在复杂的动态环境中,通过算法的优化来达到最优的振动抑制效果的。这本书名给我一种强烈的预感,它将是一本能够提供深刻见解和创新思路的宝贵资源。

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