近日，我院航空（港区）基础设施智能建造与运行维护团队刘洁副教授以第一作者身份，在国际权威期刊《Mechanism and Machine Theory》（中科院一区TOP期刊）发表了题为《基于实时混合仿真的主动质量阻尼器实验与验证》的最新研究成果。该研究通过构建实时混合仿真（RTHS）与主动质量阻尼器（AMD）耦合系统，成功解决了传统实验中信号时滞补偿与非线性系统建模难题，为进一步研究AMD控制技术提供了重要实验方法支持。
近期，学院围绕服务区域经济和高水平航空航天大学建设，组建了航空（港区）基础设施智能建造与运行团队。该团队紧密围绕国家重大战略需求与学科前沿方向，聚焦航空港区基础设施的智能化建造、全生命周期健康监测及低碳运维等核心领域，以科技创新为引擎，以人才培育为根本，持续推动科研成果转化与学科交叉融合，为服务区域经济建设和高水平航空航天大学建设注入强劲动能。
研究背景
AMD是土木工程中具有良好研究基础、被广泛应用的振动控制技术。AMD控制实验的结构模型通常为缩尺模型，实验中的AMD非线性控制系统也需要缩尺，从而引起显著的模型误差。因此，需要一种实现足尺的AMD控制系统的实验方法，使AMD控制技术在土木工程领域能够更高效的使用。而RTHS是一种能够以较低的成本进行全尺寸实验的实验方法，该实验需要通过作动器实现数值子结构（NS）和实验子结构（ES）两部分的信号传递。而作为信号传递的作动器也是个非线性系统，因此对其进行有效的补偿至关重要。利用RTHS研究AMD控制技术面临双非线性动力系统，因此，系统的建模、分离、信号的实时有效传递的解决对于AMD-RTHS的实现都至关重要。
研究亮点
1.AMD结构系统耦合方程：首先对AMD系统进行参数识别，建立AMD结构系统耦合状态空间方程，并对其进行实验验证。
2.AMD-RTHS实验分离方程：为了更好地利用RTHS研究AMD技术，选择AMD非线性动力学系统作为AMD-RTHS实验中的实验子结构（ES），而结构系统作为数值子结构（NS），结构受到的外部荷载施加在NS上。通过数学模型分析和变换，得到分离的状态空间方程。
（1）NS状态空间方程
（2）ES状态空间方程
3.AMD控制中的RTHS补偿问题
在AMD-RTHS实验中，NS和ES之间分离方程的传递信号是加速度。而有效地跟踪这个加速度信号对于AMD-RTHS实验至关重要。本研究基于AMD控制系统的RTHS绝对运动状态下NS状态空间方程和位移信号跟踪补偿技术，有效地解决了AMD-RTHS实验中跟踪加速度信号这一问题。
4.AMD-RTHS实验框架搭建和验证
提出了一种能够对AMD控制方法进行性能评估的RTHS实验框架。
实验表明，试验测量的加速度信号可以充分跟踪所需的加速度信号，加速度信号得到有效补偿。
为了验证AMD-RTHS有效性，与AMD振动台实验对比，结果如图17所示。由于高频噪音的影响，虽然振动台测试响应区域看起来很嘈杂，但AMD-RTHS响应基本位于AMD振动台响应的包络范围。
成果与意义：为振动控制技术注入新动能
实验表明，AMD-RTHS框架能有效补偿信号时滞，且动力响应与振动台实验结果吻合。该研究不仅为全尺寸AMD控制系统的实验提供了低成本、高精度的新路径，还为复杂非线性系统的实时仿真技术发展提供了重要参考。
论文信息
论文引用格式：
Liu J, Silva C E, Dyke S J,Wu Y, Liu H B. Using real-time hybrid simulation for active mass damper experimentation and validation[J]. Mechanism and Machine Theory, 2024, 191. https://doi.org/10.1016/j.mechmachtheory.2023.105474
论文连接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0094114X23002458?via%3Dihub
