動力學(xué)振動與控制學(xué)科未來的發(fā)展趨勢

摘要對近年來動力學(xué)、振動與控制的研究進(jìn)展作了簡要回顧，概述了非線性動力學(xué)與振動主動控制這兩個研究熱點的現(xiàn)狀。提出了世紀(jì)之初應(yīng)關(guān)注的若干研究前沿，即高維非線性系統(tǒng)的全局?jǐn)z動法、全局分岔和混沌動力學(xué)，高維強(qiáng)非線性系統(tǒng)分岔與混沌動力學(xué)的實驗研究，非線性時滯系統(tǒng)的動力學(xué)，流體－彈性體－剛體耦合系統(tǒng)動力學(xué)與控制，碰撞與變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)，微機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)。最后，對我國動力學(xué)、振動與控制的發(fā)展提出了一些建議。1前言近年來，傳統(tǒng)的一般力學(xué)學(xué)科以動力學(xué)、振動與控制為主要內(nèi)涵，在研究深度和廣度上都取得了重要進(jìn)展。在國際范圍內(nèi)，動力學(xué)、振動與控制呈現(xiàn)一派欣欣向榮景象。通過向數(shù)學(xué)、物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科借鑒，與計算機(jī)、測控技術(shù)相結(jié)合，與航天、航空、機(jī)械、車輛、船舶、土木等工程學(xué)科融合，動力學(xué)、振動與控制在研究方向和研究內(nèi)容上發(fā)生了重大變化，新的研究領(lǐng)域不斷涌現(xiàn)，研究和實驗手段更加現(xiàn)代化。例如，通過學(xué)科交叉產(chǎn)生了柔體、剛體和液體耦合系統(tǒng)的動力學(xué)、智能結(jié)構(gòu)動力學(xué)、微機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)等新的研究方向；在一些研究分支基礎(chǔ)上提煉出了帶有共性的研究方向，如Birkhoff和Hamilton系統(tǒng)動力學(xué)，高維非線性系統(tǒng)的全局?jǐn)z動、全局分岔和混沌動力學(xué)，非光滑系統(tǒng)的動力學(xué)，時滯系統(tǒng)的非線性動力學(xué)等。當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中提出的大量實際問題，使動力學(xué)、振動與控制領(lǐng)域的學(xué)者面臨許多緊迫任務(wù)，需要迎接各種挑戰(zhàn)，不斷推陳出新。為了深入探討動力學(xué)、振動與控制在世紀(jì)之初的發(fā)展方向和學(xué)科前沿，加強(qiáng)海內(nèi)外青年學(xué)者之間的學(xué)術(shù)交流，由國家自然科學(xué)基金委員會數(shù)理科學(xué)部發(fā)起，國家自然科學(xué)基金委員會數(shù)理科學(xué)部和中國力學(xué)學(xué)會主辦，海軍工程大學(xué)承辦的“動力學(xué)，振動與控制青年學(xué)者學(xué)術(shù)研討會”于2002年3月25~29日在海南省海口市召開，海內(nèi)外20多位從事動力學(xué)、振動與控制研究的青年學(xué)者出席了會議。與會代表對于動力學(xué)、振動與控制的一些發(fā)展趨勢、研究方向和前沿問題進(jìn)行了熱烈的研討，并且提出了不少好的設(shè)想和建議。通過研討，大家認(rèn)為要使我國在動力學(xué)、振動與控制的研究水平上進(jìn)入世界一流，應(yīng)該注意以下問題：(1)當(dāng)今世界，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速。動力學(xué)、振動與控制早期作為從Newton,Layrange和Hamilton等人發(fā)展起來的一門基礎(chǔ)學(xué)科,隨著科學(xué)與工程技術(shù)的迅速發(fā)展，時至今日，動力學(xué)、振動與控制主要已經(jīng)發(fā)展成為一門從工程中提煉出的技術(shù)科學(xué)分支。因此,動力學(xué)、振動與控制包含了比較多的基礎(chǔ)研究內(nèi)容，應(yīng)該有超前發(fā)展,并且需在研究內(nèi)容和研究方向上不斷推陳出新,與時俱進(jìn)。青年學(xué)者、特別是正在成長為學(xué)術(shù)帶頭人的青年學(xué)者，要認(rèn)準(zhǔn)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的大方向，明確自己的定位，瞄準(zhǔn)國際上動力學(xué)、振動與控制的研究前沿去選擇和開辟新的研究領(lǐng)域。(2)對動力學(xué)、振動與控制的研究應(yīng)該有所側(cè)重，一是大多數(shù)的動力學(xué)、振動與控制問題應(yīng)該來源于工程實際問題，應(yīng)從工程中提煉出動力學(xué)問題及其模型，然后運用并發(fā)展各種方法加以研究和解決。二是要注重對于解決動力學(xué)、振動與控制問題的基本方法的研究，從一些迫切需要、但又束手無策的問題著手，尋找新的突破點。上述兩個方面相輔相成，體現(xiàn)了動力學(xué)、振動與控制研究學(xué)科“頂天立地”的特色。從事前者的研究隊伍比較大，而后者的研究隊伍要少而精。(3)要從整個力學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)這一高度來充分認(rèn)識分析動力學(xué)和非線性動力學(xué)的重要地位，從不同的分支學(xué)科和不同的角度研究分析動力學(xué)和非線性動力學(xué)問題。分析動力學(xué)和非線性動力學(xué)的突破和進(jìn)展，往往可以帶動其它分支學(xué)科的發(fā)展，并且為工程問題的解決提供基本方法和理論。(4)要更加深入地認(rèn)識到動力學(xué)、振動與控制學(xué)科中各個分支學(xué)科在理論和方法上是相互依賴、相互滲透和相互貫通的，要用系統(tǒng)和大系統(tǒng)的觀點來考察和研究動力學(xué)、振動與控制問題。動力學(xué)、振動與控制的研究范疇?wèi)?yīng)該擴(kuò)展到下述過程：綜合多學(xué)科的知識、方法和實驗技術(shù)來建立系統(tǒng)(受控系統(tǒng))的動力學(xué)方程→應(yīng)用并發(fā)展新的動力學(xué)理論，通過解析、數(shù)值和實驗相互支持的方法進(jìn)行分析→對系統(tǒng)進(jìn)行被動、主動或半主動控制設(shè)計→在計算機(jī)支持的虛擬現(xiàn)實等環(huán)境下形成系統(tǒng)設(shè)計方案論證和具體設(shè)計。(5)從事動力學(xué)、振動與控制研究的學(xué)者要盡量研究其它工程學(xué)科尚不能夠解決的復(fù)雜和關(guān)鍵問題，為工程問題的解決提供研究方法和解決方案。既要借鑒數(shù)學(xué)和物理學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科的研究成果，又要在研究內(nèi)容和方法上與這些學(xué)科有顯著區(qū)別。因此，動力學(xué)、振動與控制學(xué)科所研究的問題要有工程背景和應(yīng)用前景，這樣才能有學(xué)科自身的生存和發(fā)展空間。(6)要擴(kuò)大學(xué)科涵蓋面，擴(kuò)大研究隊伍，加強(qiáng)國際合作和交流。動力學(xué)、振動與控制要從傳統(tǒng)的研究領(lǐng)域向新的研究領(lǐng)域擴(kuò)展，從離散系統(tǒng)擴(kuò)大到連續(xù)系統(tǒng)、流固耦合系統(tǒng)等。學(xué)科交叉與綜合是產(chǎn)生新方向和新學(xué)科的土壤，動力學(xué)、振動與控制要不斷的容納新的研究內(nèi)容。海內(nèi)外從事動力學(xué)、振動與控制研究的華人青年學(xué)者要相互合作和支持，組成高水平的研究團(tuán)隊。與會代表認(rèn)為，在未來的十年中，動力學(xué)、振動與控制的下述研究前沿值得引起更多的青年學(xué)者重視：(1)高維非線性系統(tǒng)的全局?jǐn)z動法、全局分岔和混沌動力學(xué)；(2)高維強(qiáng)非線性系統(tǒng)分岔與混沌動力學(xué)的實驗研究；(3)時滯非線性系統(tǒng)的動力學(xué)理論及其應(yīng)用；(4)流體-彈性體-剛體耦合系統(tǒng)動力學(xué)與控制；(5)碰撞與變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)動力學(xué)；(6)微機(jī)電系統(tǒng)動力學(xué)。2研究現(xiàn)狀近十年來，國際范圍內(nèi)對動力學(xué)、振動與控制的研究非常活躍。從比較經(jīng)典的分析動力學(xué)到與當(dāng)代信息技術(shù)緊密結(jié)合的計算動力學(xué)、動力學(xué)控制，從以探索未知世界為主的非線性動力學(xué)到以工程應(yīng)用為主的振動測試與控制技術(shù)，都獲得了許多重要成果。在眾多的研究領(lǐng)域中，非線性動力學(xué)和振動主動控制是近年來公認(rèn)的兩個研究熱點。2.1非線性動力學(xué)真實動力系統(tǒng)幾乎總是含有各種各樣的非線性因素，諸如機(jī)械系統(tǒng)中的間隙、干摩擦，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中的材料彈塑性和黏彈性、構(gòu)件大變形，控制系統(tǒng)中的元器件飽和特性、控制策略非線性等等。通常在某些情況下，線性系統(tǒng)模型可提供對真實系統(tǒng)動力學(xué)行為的很好逼近。然而，這種線性逼近在許多情況下并非總是可靠的，被忽略的非線性因素有時會在分析和計算中引起無法接受的誤差，使理論結(jié)果與實際情況有著失之毫厘，差之千里之別。特別對于系統(tǒng)的長時間歷程動力學(xué)問題，即使略去很微弱的非線性因素，也常常會在分析和計算中出現(xiàn)本質(zhì)性的錯誤。非線性動力學(xué)理論的研究和發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了一個多世紀(jì)，在新世紀(jì)之初，為了使非線性動力學(xué)理論得到更好的發(fā)展，非常有必要回顧一下非線性動力學(xué)研究和發(fā)展的歷史。非線性動力學(xué)理論的發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段。第一個階段是從1881年到1920年前后，第二階段從20世紀(jì)20年代到70年代，第三階段從20世紀(jì)70年代至今。人們對于非線性系統(tǒng)的動力學(xué)問題的研究可以追溯到1673年Huygens對單擺大幅擺動非等時性的觀察.第一階段的主要進(jìn)展是動力系統(tǒng)的定性理論，其標(biāo)志性成果是法國科學(xué)家Poincare從1881年到1886年期間發(fā)表的系列論文“微分方程定義的積分曲線”，俄羅斯科學(xué)家Liapunov從1882年到1892年期間完成的博士論文“運動穩(wěn)定性通論”，以及美國科學(xué)家Birkhoff在1927年出版的著作“動力系統(tǒng)"。第二階段的主要進(jìn)展是提出了一系列求解非線性振動問題的定量方法，代表人物有俄羅斯科學(xué)家Krylov、Bogliubov，烏克蘭科學(xué)家Mitrpolsky，美國科學(xué)家Nayfeh等等。他們系統(tǒng)地發(fā)展了各種攝動方法和漸近方法，解決了力學(xué)和程科學(xué)中的許多問題。在這個階段中抽象提煉出了若干著名的數(shù)學(xué)模型，如Duffing方程、vanderPol方程、Mathieu方程等，至今仍被人們用以研究非線性系統(tǒng)動力學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)特征。從20世紀(jì)60~70年代開始，原來獨立發(fā)展的分岔理論匯入非線性動力學(xué)研究的主流當(dāng)中，混沌現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)更為非線性動力學(xué)的研究注入了活力，分岔、混沌的研究成為非線性動力學(xué)理論新的研究熱點。俄羅斯科學(xué)家Arnold和美國科學(xué)家Small等數(shù)學(xué)家和力學(xué)家相繼對非線性系統(tǒng)的分岔理論和混沌動力學(xué)進(jìn)行了奠基性和深入的研究，Lorenz和Ueda等物理學(xué)家則在實驗和數(shù)值模擬中獲得了重要發(fā)現(xiàn)。他們的杰出貢獻(xiàn)使非線性動力學(xué)在20世紀(jì)70年代成為一門重要的前沿學(xué)科，在動力學(xué)、振動與控制學(xué)科的創(chuàng)立和發(fā)展過程中都占據(jù)了重要的地位，成為當(dāng)代動力學(xué)、振動與控制研究的一個重要分支。近年來，非線性動力學(xué)在理論和應(yīng)用兩個方面均取得了很大進(jìn)展。隨著非線性動力學(xué)理論和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，人們基于非線性動力學(xué)的觀點以及現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計算機(jī)等工具，對工程科學(xué)等領(lǐng)域中的非線性系統(tǒng)建立動力學(xué)模型，預(yù)測其長期的動力學(xué)行為，揭示內(nèi)在的規(guī)律性，提出改善系統(tǒng)品質(zhì)的控制策略。一系列成功的實踐使人們認(rèn)識到：許多過去無法解決的難題源于系統(tǒng)的非線性，而解決難題的關(guān)鍵在于對問題所呈現(xiàn)出的分岔、混沌和分形等復(fù)雜非線性現(xiàn)象具有正確的認(rèn)識和理解。蹦研究初非線性系你統(tǒng)動力學(xué)咬的方法可攝以分為定肺性方都法贊(寬或幾何方薄法擺)摘和定量方繳法兩大類貼。定性方老法一般不乳直接求解垂非線性動橡力系統(tǒng)，縮而是從非盈線性系統(tǒng)抖的動力學(xué)歡方程入手扣，研究系叼統(tǒng)在狀態(tài)憶空間的動餓力學(xué)行為姨。由于非燦線性微分杜方程一般擁沒有統(tǒng)一毅的精確解維法，所以亞定量方法翻只研究各摟種近似解羨法，例如受平均法饑、阻KB叔M扇法、多尺扔度法、諧唇波平衡法詞等等。定劑性方法和疏定量方法默可以相互鳳補(bǔ)充，定周性方法可壯以得到系竿統(tǒng)解的拓勺撲結(jié)構(gòu)和棟系統(tǒng)參數(shù)僅之間的關(guān)規(guī)系，定量搭方法可以地得到確定瓶參數(shù)時的株數(shù)值解。傳在研究各章種復(fù)雜的連非線性動介力學(xué)問題嗚時，兩種岔方法缺一吼不可。侮隨著凝計算機(jī)代牽數(shù)、數(shù)值臣模擬和圖猶形技術(shù)的噴進(jìn)步，非穿線性動力考學(xué)理論正站在從低維繁向高維發(fā)飛展，非線垮性動力學(xué)迅理論和方纏法所能處聽理的問題唐規(guī)模和難滿度不斷提撫高，已逐然步接近實禽際系統(tǒng)。捎在工程科棒學(xué)界，以合往研究人唯員對于非亂線性問題容繞道而行瓣的現(xiàn)象已嫁經(jīng)發(fā)生了扯變化。人個們不僅力泛求深入分晚析非線性霸對系統(tǒng)動麻力學(xué)特性腎的影響，泄使系統(tǒng)和議產(chǎn)品的動粥態(tài)設(shè)計、朋加工、運壯行與控制紋滿足日益悲提高的運棗行速度和順精度需求漢；而且開騾始探索利危用分岔、仍混沌等非夢線性現(xiàn)象模造福人類抵。為科學(xué)溪理論與工叮程技術(shù)總害是相互依徐賴和相互惕促進(jìn)的，教新的科學(xué)蒸理論可以磚闡明并揭漫示出工程橋問題中未須被認(rèn)識的辰復(fù)雜現(xiàn)象驕和本質(zhì)。循非線性動冶力學(xué)理論守在高科技園領(lǐng)域和工地程實際問昏題中的應(yīng)奸用，已經(jīng)敗引起了各他領(lǐng)域科學(xué)垂家們的廣靈泛關(guān)注，基并使這門結(jié)學(xué)科有了恒強(qiáng)大的生拴命力。在偉工程系統(tǒng)皆中，有許撞多動力學(xué)冰問題都是叔非線性的鉤，它們的墳數(shù)學(xué)模型驕和運動方抬程可以用變非線性動基力系統(tǒng)來勉描述。以公下僅列出廚若干機(jī)械雀、結(jié)構(gòu)工玩程師感興眼趣的動力逗學(xué)、振動住與控制問懼題：河(1)濾堂航天飛機(jī)擾和空間站訂中柔性機(jī)禽械臂、衛(wèi)籍星天線和問太陽能列印陣的非線墊性振動；動(2)嫂隸航天器姿特態(tài)的混沌趣運動；魄(3)放況系繩衛(wèi)星邁的非線性嶼振動與控耕制；填(4)桂營柔性機(jī)器炸人和彈性羅機(jī)構(gòu)中的劇非線性振奴動；鉛(5)花圖內(nèi)燃機(jī)中噸曲軸系統(tǒng)譜的非線性啟扭轉(zhuǎn)振動密、氣門機(jī)縱構(gòu)的非線軍性振動和沙離心擺式疲減振器的末非線性振短動；泰(6)廣什帶有裂紋擇的大型轉(zhuǎn)疾子和大型冬發(fā)電機(jī)組構(gòu)的非線性蒜振動；泉(7)帽瘋滑動軸承星中的油膜池渦動；眨(8)權(quán)戰(zhàn)齒輪傳動街和黏彈性刷帶傳動中范的非線性場振動；視(9)害越金屬切削灣過程的非痰線性顫振固和控制；攪(10)粱倦振動機(jī)械猴中的非線令性動力學(xué)遼；好(11)盒捆高速機(jī)車斯行駛穩(wěn)定本性和蛇行暫運動的控烏制；肅(12)米著船舶在橫哈浪或縱向動波作用下配的橫搖運健動、操縱溝穩(wěn)定性和載傾覆機(jī)理海；侵(13)僻聽車輛主動謀底盤系統(tǒng)兩的時滯非葬線性動力老學(xué)與控制齡；淘(14)捉珠懸索結(jié)構(gòu)蓋以及懸索酷和梁結(jié)構(gòu)魄之間相互碧耦合的非雕線性動力苗學(xué)；可(15)粱畏流固耦合谷系統(tǒng)和流甩體誘發(fā)的緣機(jī)械結(jié)構(gòu)勇的非線性憶振嶄動慣.悉由此宋可見，研漁究非線性旱動力學(xué)理猶論和方法寫對于解決宣工程系統(tǒng)訴中的實際濃問題具有地重要意義促，非線性瞞動力學(xué)的陵研究進(jìn)展管將會對工豬程系統(tǒng)的沖研究、設(shè)兼計和使用圍產(chǎn)生深遠(yuǎn)免的影響。戶2.2誦澇振動控制籃對機(jī)到械振動進(jìn)缺行主動控燦制方面的增嘗試已有爺三十多年藥歷史，但進(jìn)早期的進(jìn)按展比較緩正慢。近年棚來，隨著曠信息技術(shù)干、測控技衣術(shù)的發(fā)展喘，振動主授動控制技秀術(shù)有了長萄足進(jìn)步，劉一些控制肆方法和相績應(yīng)的測控勉系統(tǒng)正日太趨成熟，豐并開始在樓航空、航過天、機(jī)械膨和土木工餡程領(lǐng)域得偵到了成功衛(wèi)應(yīng)用。主以轉(zhuǎn)似子系統(tǒng)的宰振動主動慚控制為例喝，其研究撥包括：控壽制的目標(biāo)哥函數(shù)，控貼制器的設(shè)江計和施加阿控制力的物方法等。吧其中，關(guān)意鍵是如何敢施加控制激力。目前袖，有兩類免施加控制固力的方法駁：一類是兼直接將力于加在轉(zhuǎn)子役上，另一庸類是通過竟軸承座來享施加。一摧個成功的慰主動控制疤作動器應(yīng)掩具有：緊根湊的結(jié)構(gòu)蟲，大的作穗動力，大漆的調(diào)節(jié)距晚離謠(超應(yīng)大轉(zhuǎn)子田可能的最掌大振聞幅勞)筍，寬的頻翠率范眾圍禮(害至少應(yīng)包報括要控制頸的最高振謙動頻不率碑)泄。目前常勾見的幾種鄰轉(zhuǎn)子系統(tǒng)活的振動主銹動控制手勺段有：磁練軸承、壓港電作動器較、記憶合瑞金作動器幫、液壓作紅動器、主駕動可傾瓦昌軸承、主沸動油犬膜胃(潤擠壓油晃膜億)濁軸承以及絹電沸/恭磁流變阻充尼器等。鋒這些方法飲各有優(yōu)缺后點，如磁捕軸承的不糟足在于軸綿承參振質(zhì)泄量大、承斜載力小、尼需附加保凳護(hù)軸承等盈；記憶合己金和液壓憐作動器的帖不足是反指饋速度慢惹等。到目筆前為止，嘗只有磁軸瘦承得到了短較廣泛的喊應(yīng)用?？伢@制器的設(shè)墊計可以基刪于已有的嚴(yán)控制理論抄，但很大聞程度上取嗚決于作動驚器。馳振動縱主動控制旗技術(shù)最引古人注目的崇進(jìn)展是集腥傳感器、遭控制器、仍作動器與賭結(jié)構(gòu)為一尿體，以減旗振和降噪醫(yī)為目標(biāo)的近智能結(jié)構(gòu)民。當(dāng)前，哲研究的熱贏點是基于衫壓電傳感示器和作動宴器的智能墻結(jié)構(gòu)，控懷制策略則舊來路自直H庫∫自控制、自汽適應(yīng)控制倘、神經(jīng)網(wǎng)竊絡(luò)控制、忘非線性控饅制、混合墊控制等控詳制理論的分新成果。錘經(jīng)過大量星的數(shù)值模罵擬、優(yōu)化荒設(shè)計和實荒驗，這類尤智能結(jié)構(gòu)勻已有許多濾成功的應(yīng)包用。大到左對空間可蹈展天線、烈太陽能帆檔板等張開綢時的振動豪進(jìn)行主動導(dǎo)控制，小閘到對提琴遍和吉他的俱音箱進(jìn)行培振動控制程以改善其生音響效果棕。在智能宜結(jié)構(gòu)進(jìn)一施步走向工偽程化、實磁用化的過潮程中，控嫩制效果與譽(yù)測控系統(tǒng)使的可靠性蠟、經(jīng)濟(jì)性尊、重量等登因素的矛歇盾正日益食顯現(xiàn)。因米此，智能儲結(jié)構(gòu)動力辟學(xué)尚有許序多開放的致問題。督對于片大型結(jié)構(gòu)嚴(yán)和機(jī)械，涼達(dá)到振動停主動控制巧所需推力風(fēng)的作動器級通常價格挑昂貴、能訂耗巨大、檔體積和重臂量也很可潛觀丙.呢心通過局部豪地、主動客調(diào)節(jié)系統(tǒng)銅動特性的是方法來實陸現(xiàn)振動控膏制通常稱憤為振動半遠(yuǎn)主動控制基，所需能由耗低、也察勿需對原宿系統(tǒng)作大春修改。例御如，通過公實時調(diào)節(jié)君系統(tǒng)中某喜些零部件沈的剛度和忌慣性來改禾變系統(tǒng)固旁有頻率，冶可避免共轟振。具體貍實現(xiàn)時，趴可通過步云進(jìn)電機(jī)和傅絲杠來調(diào)罪節(jié)系統(tǒng)中院某些集中煩質(zhì)量的位污置，使等賓效慣性或愚剛度發(fā)生禽變化，也絞可采用電宮磁、氣液毒等手段來傳調(diào)節(jié)彈性霉元件的剛旬度。目前權(quán)，結(jié)構(gòu)工睡程界廣泛蠅研究主動扔拉索，即救通過液壓類作動器調(diào)芳節(jié)拉索的伶張力，進(jìn)端而改變索達(dá)系結(jié)構(gòu)的疲等效剛度舌和固有頻麻率。近年更來，形狀罪記憶合金竿、電流變叫和磁流變歲等功能材翁料的出現(xiàn)私為主動調(diào)它節(jié)系統(tǒng)剛摩度、阻尼申提供了新租途徑。例剛?cè)?，已發(fā)疼展了多種應(yīng)電流變和諸磁流變可電控阻尼器壁，針對轉(zhuǎn)貫子軸承、瀉車輛懸架括、橋梁拉內(nèi)索等開發(fā)抵了半主動閣控制技術(shù)葬。此外，織采用半主棒動控制的寧動力吸振辛器技術(shù)也嗽有新的進(jìn)粥展。已有戀的半主動伶控制策略槍可分為幾尾類：第一朱類是通過鐘求解系統(tǒng)羞動力學(xué)問美題，獲得睡可控減振蠶環(huán)節(jié)的參劑數(shù)對系統(tǒng)遠(yuǎn)動特性的荒影響，進(jìn)夜而形成的輔控制策略信；第二類蟻是根據(jù)系腦統(tǒng)的動力勉學(xué)模型和羊控制理論棒建立的控揪制策略；滔第三類是選在無法建少立系統(tǒng)動肥力學(xué)模型垂的情況下畢，基于在犧線辨識并夫以自適應(yīng)盡控制、模浴糊控制、武神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)話控制等為胃代表的智奉能控制策酒略。顯然幼，后兩類撇的實用性各好，也是徹目前研究斑的重點。誼隨著安對振動控欠制要求的捐提高，非叼線性控制病和時滯控書制正日益晶引起人們辨的注意。乏例如，采岸用非線性照控制策略?？山鉀Q繩杠系衛(wèi)星展佩開過程的覆鎮(zhèn)定問題移；針對液蔥壓系統(tǒng)存拐在的時滯桿，利用時腳滯反饋對核船載吊車到的擺動進(jìn)帽行控制；釀采用時滯丈反饋控制售非線性系矮統(tǒng)的混沌仍運動奔等。時滯靠會使控制半系統(tǒng)的特您性發(fā)生質(zhì)寺的變化。脹由此引起獸的系統(tǒng)穩(wěn)科定性、分邪岔等問題腫正引起重讀視。廣3殲巨若干研究酬前沿及其齒主要研究旱內(nèi)容施工程撤系統(tǒng)的動勤力學(xué)建模愈、分析、頸設(shè)計和控童制的一般腳理論和方在法是動力偽學(xué)、振動喘與控制的共主要研究鄭范疇，其粘總體發(fā)展搭趨勢是高歇維絲(掃和無限逃維脾)餃、非線性脾、多尺度誘和多耦合帆系統(tǒng)的動蝦力學(xué)。具良體地說，隸今后所研咱究的工程槍系統(tǒng)日益謎復(fù)雜，將拾包括各種象非線性因涌素，機(jī)、婆電、磁、筒熱和流等凝多場耦合畏因素，邊情界與結(jié)合南部效應(yīng)，置微機(jī)電系賤統(tǒng)引起的蔑尺度效應(yīng)優(yōu)等。因此窯需要發(fā)展奮新的非線酸性動力學(xué)號理論、分艇析與仿真噸技術(shù)來研凱究工程系誓統(tǒng)的大范粒圍動力學(xué)屬特性，要房基于對工喬程系統(tǒng)動制力學(xué)的深鬼刻理解來屈發(fā)展新的錢優(yōu)化方法奇實現(xiàn)對系效統(tǒng)的動力環(huán)學(xué)設(shè)計，競還要發(fā)展牢各種主動歌控制乃至吊智能控制從來使系統(tǒng)咳獲得所需給的運動。晌根據(jù)臟我國科學(xué)若技術(shù)的發(fā)版展情況和賓國際范圍鄭內(nèi)對動力杯學(xué)、振動巡與控制的導(dǎo)研究態(tài)勢城，可以歸雁納提煉出盲以下幾個斑具有共性不和根本性乒的前沿研訴究方向，臺并建議加嬸強(qiáng)相應(yīng)的泊研究工作孩。犧3.1躬冷高維非線算性系統(tǒng)的洪全局?jǐn)z動壟法、全局龍分岔和混批沌動力學(xué)啞高維型非線性系據(jù)統(tǒng)的全局尖分岔和混希沌動力學(xué)尿是目前國偶際上非線臺性動力學(xué)取領(lǐng)域的前茫沿課題，第并且已經(jīng)月列入我國倘力學(xué)學(xué)低科滑“硬十鑒五遭”釘發(fā)展規(guī)劃斥。大部分語工程實際啄問題都可辯用高維非劍線性系統(tǒng)樸來描述，拖并且大多頂數(shù)都是高呈維擾菜動椒Hami續(xù)lto聽n肚系砍統(tǒng)軌.妹然而目前舉研究高維威非線性系徒統(tǒng)的全局西分岔和混躍沌動力學(xué)夢的方法還輸不是很多采，對于高撥維非線性漸系統(tǒng)的全冊局動力學(xué)逐特性研究柔的還不是認(rèn)十分清楚炕。對于高捕維非線性牙動力系統(tǒng)毫來說，其葬研究難度租比低維非酬線動力系芬統(tǒng)要大許唉多，既有腥數(shù)學(xué)方法組上的困難妹，也有數(shù)稍值計算和如幾何描述游上的困難介。對于高賞維非線性笛系統(tǒng)和無擺限維非線飽性系統(tǒng)，謙從理論上飯講雖然可鈔用中心流燦形理論和然慣性流形頂理論對高抽維非線性屢系統(tǒng)和無癢限維非線麻性系統(tǒng)進(jìn)壞行降維處窯理，使系冤統(tǒng)的維數(shù)追降壁低慮.評但是降維示后的系統(tǒng)產(chǎn)其維數(shù)還警是相當(dāng)高懲的，并且念高維非線竟性系統(tǒng)中尼的穩(wěn)定流定形和不穩(wěn)活定流形的衛(wèi)幾何結(jié)構(gòu)字難于直觀芳的構(gòu)造和勸描述，因虹此發(fā)展能紗夠處理高妻維非線性芹動力學(xué)系絨統(tǒng)的研究脹方法是非行常重要和攔迫切遇的蝶.賄如何研究掠高維非線租性系統(tǒng)的事全局?jǐn)z動虧法、全局絮分岔和混稿沌動力學(xué)就，對于解昏決工程實末際問題至寫關(guān)重要。免對于高維木非線性系戲統(tǒng)，其研候究內(nèi)容可炎以從以下窄幾方面開海展：屢(1)精險基給于隸Kova頭cic-摩Wigg行in風(fēng)s韻全局?jǐn)z動織法褲、臂Hall跡er-W刷iggi吧n司s眨所提出的膠能杜量極-憲相位法方焦法、以藏及火Cama夫ss施a撿和等人的故廣純義洞Meln坊iko屢v路方法，發(fā)套展適用于慣研究高維辱非線性系懸統(tǒng)全局分跟岔和混沌透動力學(xué)的帆全局?jǐn)z動仿法，使這炒種全局?jǐn)z舒動法能夠筍研究大部聯(lián)分高維非腸線性系統(tǒng)表，能夠解敗決三自由候度非線性銹系統(tǒng)的全葵局分岔和研混沌動力紐學(xué)問題。醫(yī)(2)宅腥利用標(biāo)喘準(zhǔn)寺Meln獸iko鴿v槳方法、微叼分幾何理造論和不變把流形纖維魚叢理論發(fā)琴展用于研準(zhǔn)究外周期梯激勵作用錦下多自由織度非線性秒系統(tǒng)的全眠局?jǐn)z動法衫，使這種缺方法能夠泛解決含外估周期激勵病的多自由殖度非線性土系統(tǒng)的全毀局分岔和龍混沌動力撥學(xué)。研究述高維平均頓系統(tǒng)的同爐宿分岔、戴異宿分岔遭和全局分膊岔，找出蒙平均系統(tǒng)下中由奇點臟組成的奇得點環(huán)，進(jìn)串而研究高掌維平均系雁統(tǒng)中后的侮Siln困iko步v鴉型混沌運柴動。木(3)揭啊研究高維腹平均系統(tǒng)斥的規(guī)范形輪，當(dāng)解同南時具有一壽對雙零特和征值和一秘對純虛特演征值，一靈對雙零特算征值和二舞對純虛特迎征值，二搶對純虛特前征值或三惡對純虛特君征值時，繪研究高維風(fēng)規(guī)范形和甘普適開折深的計算。蹈當(dāng)高維平錘均系統(tǒng)解早具有二對到或三對雙營零特征值財及幾對純戴虛特征值次時，在共顧軛算子法丟，多窮重偽Li扣e收括號方法蘆直接方法燒的基礎(chǔ)上佩，利次用蜂Mapl旱e特符號程序草給出簡便耐有效的計唯算高維非揪線性系統(tǒng)鉆的規(guī)范形址和普適開膛折的方法飛，使之得扛到最簡規(guī)倉范形。攜(4)制否利用高維疏規(guī)范形和凝普適開折雀理論研究扒外周期激占勵作用下倒二個和三童個自由度雜非線性系想統(tǒng)當(dāng)解具砌有二對或檔三對雙零班特征值及肅幾對純虛聚特征值時黎的高余維糕退化分岔惰、全局分叛岔和解的廉穩(wěn)定性判騾斷。臂3.2烏于高維強(qiáng)非還線性系統(tǒng)分分岔與混秘沌動力學(xué)泰的實驗研浮究橡隨著得非線性動機(jī)力學(xué)理論簽的發(fā)展和甲數(shù)值計算原能力的迅餃速提高，建高維強(qiáng)非娘線性系統(tǒng)聚的動力學(xué)制特性的數(shù)刪值研究成督為非線性氣動力學(xué)研壺究中非常廚活躍的領(lǐng)蠟域，尤其艦是在非線宇性系統(tǒng)的五分岔與混免沌動力學(xué)游的研究方欣面發(fā)表了收大量的論慣文。盡管星在數(shù)值分籠析中發(fā)現(xiàn)呼了大量的待分岔與混詠沌現(xiàn)象，每但對這些祖現(xiàn)象的非淋線性本質(zhì)裁還缺乏深被入了解，討尤其是缺僅乏有關(guān)的邀實驗研究采和驗證。礙通過享開展對于圾高維強(qiáng)非強(qiáng)線性系統(tǒng)田分岔與混掠沌動力學(xué)碼的實驗研交究，對這豎類系統(tǒng)的滾動力學(xué)特頌性的更為煉深入的理禿論研究和為數(shù)值計算隆具有重要喘的指導(dǎo)作五用，對非夠線性動力炒學(xué)分支學(xué)冤科的發(fā)展宜和實際工筑程應(yīng)用將次具有重要邪的促進(jìn)作小用廊.賤這方面的假研究內(nèi)容偉可以從以拘下幾方面阻開展：雄(1)卸萄用于高維猶強(qiáng)非線性園系統(tǒng)分岔蕉與混沌動樹力學(xué)實驗蘿研究的試源驗裝置設(shè)鹽計與實現(xiàn)文，包括實毒驗信號的粱提取和處互理方法研虛究，分岔毅與混沌運稠動控制方浪法的實現(xiàn)甘等。續(xù)(2)庭亡高精度參轉(zhuǎn)數(shù)控制系撐統(tǒng)的研制棚和設(shè)計。己考慮非線任性控制問澇題，快速蛙反饋控制征問題，研籃制頻率寬搏、作動力炒大、動力勢學(xué)特性簡設(shè)單、尺寸鄙小和控制曾方便的作頂動器。泥(3)鄭癥實驗得到養(yǎng)的高維強(qiáng)訂非線性系嫂統(tǒng)分岔與艷混沌動力繞學(xué)等的響磚應(yīng)形異式中(厲周期、擬茄周期、混昌沌兔、性Poin處car蘆e勺圖撫等象)蹤的定義方買法和與理債論定義的搖相對一致博性的研究拘。賠(4)伶肢轉(zhuǎn)子系統(tǒng)應(yīng)穩(wěn)定性的梁實驗研究裙，利用實論驗方法對頓造成轉(zhuǎn)子豆失穩(wěn)的因諒素進(jìn)行更走精細(xì)的分殘析，例如豐研究強(qiáng)非向線性油膜疑力的影響密問題；研杜究多種因蚊素共同作怨用時的穩(wěn)殿定性問題辭。陣3.3蝴晝時滯非線肉性系統(tǒng)的誓動力學(xué)理鏟論及其應(yīng)排用呆許多勁動力系統(tǒng)丈隨時間的例演化不僅艘依賴于系芽統(tǒng)當(dāng)前的類狀態(tài)，而懲且依賴于賊系統(tǒng)過去驢某一時刻軍或若干個欄時刻的狀害態(tài)，這樣碑的系統(tǒng)被爹稱作時滯貸動力系統(tǒng)附。工程系謙統(tǒng)中的時祝滯通?？珊硪詺w結(jié)為磨下列情況蘋之一或幾梨種情況的昨組合：基(1)碰束測控過程匠中的測量妨?xí)r勒滯痕(量如視網(wǎng)膜掩對視頻映薦像的處理晃、諷媽機(jī)器人分賄析電視圖邁像吧);拘(2)航仔信號傳輸讓中的時稈滯積(喂如地殼的腳波動、化怖學(xué)反應(yīng)的寺流動、電壟磁波傳輸舅等惕);樓(3)燈莊形成控制煎決策所需遼的時部滯慢(窄如數(shù)字控脫制器的運四算過程、沾人腦的分省析與判腔斷翻);述(4)美道建立作動江器輸出所悄需的時賤滯扯(津如液力作悔動器從接橋受驅(qū)動信省號到產(chǎn)生小推泉力欲);喉(5)易腔系統(tǒng)的物胞理和化學(xué)另性質(zhì)導(dǎo)致焰的時滯等警。真因此善，許多動醉力學(xué)控制弓系統(tǒng)需要騎用時滯動早力系統(tǒng)來叢描述。此娛外，時滯旬動力系統(tǒng)霉還是描述率金屬切削循過程顫振綢、生物系劃統(tǒng)演化等常問題的數(shù)幅學(xué)模型。凳一方面，到動力系統(tǒng)損中無法避廁免的時滯趕會改變系醫(yī)統(tǒng)特性，擾使系統(tǒng)失方去穩(wěn)定性才，甚至使蒸系統(tǒng)的演歡化呈現(xiàn)復(fù)海雜性。另團(tuán)一方面，箱時滯控制毯比較容易霜實現(xiàn)，可捏以通過它裁來改善系膠統(tǒng)的動力妹學(xué)特性?？缋?，混呆沌空調(diào)就氣是利用時利滯反饋控段制來產(chǎn)生脹混沌信號換，柔和地雨調(diào)節(jié)室溫示。對于動以力學(xué)、振宣動與控制涉學(xué)科而言鏡，時滯動啊力系統(tǒng)的愛研究通常陵直接涉及嚼到動力學(xué)怨和控制兩線方面的內(nèi)找容。然而禿，與常微善分方程和伸偏微分方蜓程所描述閘的動力系翅統(tǒng)相比，雙時滯動力情系統(tǒng)對應(yīng)識于泛函微幅分方程，鑼其初始狀阻態(tài)空間是紫一個無限理維空間，河并且這個捎無限維空無間沒有多捎少特殊的攤性質(zhì)，理干論分析往薦往非常困戰(zhàn)難。對于錦時滯非線位性動力系窄統(tǒng)的穩(wěn)定恩性分析，縣特別是失戒穩(wěn)后的動崖力學(xué)行為討的分析還雁沒有成熟榮的、可直占接應(yīng)用的屆方法和理寫論，更談忘不上數(shù)值箏計算方法雙。時滯非就線性動力賢系統(tǒng)有著股比用常微支分方程所程描述的動趣力系統(tǒng)更拘加豐富的歡動力學(xué)行利為，例如投，一階的筐自治時滯杰非線性系蔥統(tǒng)就可能惠出現(xiàn)混沌顏運動。另膽一方面，席時滯因素羅的出現(xiàn)往出往會導(dǎo)致東常微分方楚程所描述芬的系統(tǒng)中熊的混沌運薦動消失。斯因此，開訓(xùn)展對時滯惜動力系統(tǒng)紀(jì)的研究既膽有重要的公意義，同源時又是富均有挑戰(zhàn)性碧的任務(wù)。心迄今理為止，國革內(nèi)外對于擁時滯動力相系統(tǒng)的研襪究主要集槐中在以下及幾個方察面悟:億(1)牲斜從數(shù)學(xué)角右度將時滯遲動力系統(tǒng)著作為泛函掩微分方程肉，研究解傅的存在性枕、唯一性臣、振蕩特久性等。絞(2炒)誓對線性時浮滯動力系受統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)饑定性、魯穗棒穩(wěn)定性鳥分丑析結(jié).嘗這方面的殖論文很多搖，并已有郵若干專著惕。世(3)莫狐針對一些綿特殊的時藏滯非線性跪動力系統(tǒng)山研究其周綠期解，特安別是平凡燒解經(jīng)們過穴Hop罩f梨分岔形成厲的周期解磚及其穩(wěn)定蜜性。這方勤面的研究濕主要集中脾在生物數(shù)象學(xué)界，對綠于分岔的史研究尚限黃于非退化所的態(tài)Hop況f骨分岔。斃(4)倚秩針對實際瞎工程系統(tǒng)互，如切削庭顫振、機(jī)瞧器人控制舞、車輛半喝主動懸架礦、車輛轉(zhuǎn)臉向動力學(xué)無、保密通歡訊等，通式過研究時慚滯對系統(tǒng)塞特性的影掀響來改善深系統(tǒng)動特璃性。垂從國倍際范圍內(nèi)斜看，時滯抽因素對動渾力系統(tǒng)的資影響機(jī)理動正日益受點到重視。勒我國學(xué)者量在這方面院的研究已量經(jīng)有很好吐基礎(chǔ)，有供一些研究弊論文發(fā)表贈在高水平園國際期刊買上，并出船版了專著懷。但研究繩隊伍規(guī)模網(wǎng)小，研究菌方法尚未雹形成體系碼，所得的農(nóng)結(jié)果還是霉局部的，帆在時滯引占起動力系傍統(tǒng)復(fù)雜性夢的研究方俊面與國外靈學(xué)者的研值究工作尚咐有差距。券因此，非思常有必要跑加強(qiáng)對于擾時滯非線伴性動力系耗統(tǒng)進(jìn)一步畝研究。值投得注意的條研究內(nèi)容不有：姥(1)川恨非線性時迎滯動力系彎統(tǒng)的扒非框Hop乒f別分岔、高孤余維退化害分岔（如銷退化暴的盛Hop究f錄分岔）分侵析與計算欲方法。節(jié)(2)曲專非線性時流滯動力系紐統(tǒng)中混沌匹產(chǎn)生的機(jī)鉆理與條件機(jī)，對混沌漠進(jìn)行時滯蔬控制時控盾制策略的眨理性構(gòu)造穗方法品。盾.找(3)廟穿非線性多偶時滯動力圈系統(tǒng)初值孕問題、周鄉(xiāng)期解問題語的高效數(shù)嘉值計算方改法，以及逼相應(yīng)的穩(wěn)見定性計算棉方法。捎(4)飽是非線性多蠢時滯動力帳系統(tǒng)的實彼驗建模方至法，包括投時滯參數(shù)搭的可辨識逆性研究，主人機(jī)交互屬過程的模震型建立等臭。犯3.4否鋼流蟻體冶-狠彈性及體芳-喜剛體耦合妻系統(tǒng)的動聯(lián)力學(xué)與控轟制桿流固婆耦合動力凝學(xué)是固體縫力學(xué)和流程體力學(xué)交截叉形成的悼一個動力悶學(xué)分支，遲主要研究丟變形固體字和流體兩俘種介質(zhì)之梯間的交互到作用，即就在流體動次載荷作用行下固體產(chǎn)擦生的變形企和動力學(xué)瓶響應(yīng)，而賠變形和動璃力學(xué)響應(yīng)支反過來影程響流場從內(nèi)而改變流恭體載荷的沿分布和大聾小。多柔梅體系統(tǒng)動路力學(xué)是固框體力學(xué)和叼動力學(xué)交燕叉形成的部一個動力頁學(xué)分支，礎(chǔ)主要研究萍大范圍的擊剛體運動晚和柔性變歌形的相互毛影響，剛俗體運動產(chǎn)頭生附加的期慣性力影盜響變形，屠而變形產(chǎn)線生剛體的楚質(zhì)心和慣暢性張量的冒變化從而或影響剛體輔的運動。貧流體－彈武性體－剛鞋體合系統(tǒng)購動力學(xué)與枕控制則是弱上述兩個醒交叉學(xué)科跡的進(jìn)一步羨交叉與融硬合，從學(xué)椒科上來看淺涉及固體膊力學(xué)、流算體力學(xué)、每計算力學(xué)亞、動力學(xué)壞、振動與米控制等學(xué)浴科，從工逃程上來看培與航天、姥航空、航稻海、動力宿機(jī)械、石飲化、生物購等領(lǐng)域均咳有密切的億聯(lián)系。惜流鍛體停-瑞彈性故體涌-敬剛體耦合磚系統(tǒng)具有絲以下一些尿特廁點努:呼(1)掙繳多介質(zhì)耦殃合：系統(tǒng)個中剛體、付彈性體、仿流昌體哥(討液體和氣淺體佛)蔥等多種介屢質(zhì)相互耦糧合作用，爺其特點是鬧固體運動匙、流體運礙動和剛體霧運動均不改可能單獨順地求解，繼無法顯式庫地消去描曾述流體運芝動的獨立超變量，或倆描述固體蕉運動的獨潑立變量，挽或描述剛姓體運動的韻獨立變量豎。這里的趣剛體可能棉是可以處綠理成剛體怨的真實物滿體，也可得能是刻畫情系統(tǒng)整體飽運動的剛檢體運動模那態(tài)。主(2)微殊非線性特奶性：剛體迅的運動和搖系統(tǒng)整體置的運動一儀般是大范陰圍的非線彎性運動，覽因此非線乎性因素是逐流由體踩-躍彈性垂體毀-黃剛體耦合沫系統(tǒng)的固愚有特點。止(3)堡壯多時間尺砍度效應(yīng)：姐剛列體杏(補(bǔ)或系統(tǒng)整販體幼)球、彈性體茄和流體運逐動的特征脾周期一般覽屬于兩個無以上不同胳的時間尺萌度。賀(4)昏旺變結(jié)構(gòu)特答性：有些極系統(tǒng)中含悶有機(jī)構(gòu)，徹可以在一脅定條件下夏鎖定，如端衛(wèi)星的太肌陽能電池污帆板展開繩鎖定，機(jī)漫械手抓取研載荷等。勸流體忘－彈性體多－剛體耦夠合系統(tǒng)的映動力學(xué)與炎控制涉及徒的學(xué)科面發(fā)廣，難題竊也自然多宜。今后一祥個階段，揉下述關(guān)鍵問問題應(yīng)引但起重視：鬧(1)胞著動力學(xué)建曠模問題：遣包括如何難建立準(zhǔn)確福描述系統(tǒng)凡耦合動力陸學(xué)行為的掙數(shù)學(xué)模型欠，如何建披立工程上貫實用的簡嗓化模失型柳(律或等效模述型槽)壓及其簡化歸準(zhǔn)則，如質(zhì)何通過實捧驗進(jìn)行模學(xué)型驗證等案。議(2)濃蓮計算問題現(xiàn)：由于計驗算對象屬弊于多時間圓尺度、多估介質(zhì)耦合飲問題和非玻線性問題院，因此其雷難度很大蚊。需要重披點研究如驅(qū)何最簡便頸地描述運擋動，解決崇計算中的昂剛性問題武，提高計轟算效率等拜。膜(3)侄頑研究單柔踩性輸流管本，雙柔性料輸流管以庸及多排輸碑流管的全觸局動力學(xué)決。建立流欲固耦合的禮非線性動起力學(xué)方程披，利已用敞Gale辯rki席n棍方法把這逗些非線性籃機(jī)械系統(tǒng)肌簡化成含欲參數(shù)激勵襯的低維非并線性動力賄系統(tǒng)，研肝究系統(tǒng)的做局部分岔朵、全局分蝴岔以及混都沌動力學(xué)廚。妙(4)巧飽研究在風(fēng)勸作用和支虧座運動情顏況下柔性吼索和柔性尿梁耦合的簽混沌動力寨學(xué)，建立懂水平索和啞斜拉索與控柔性梁耦樹合情況下斧的非線性劣動力學(xué)方關(guān)程，研究當(dāng)系統(tǒng)在多虛種共振情看況下的全悉局分岔和恨混沌動力育學(xué)，確定粗多脈沖同繞宿軌道和金多脈沖異槐宿軌道。倉(5)泄狹研究貯液手箱中液體室與貯液箱僵之間相互雷作用的非憤線性動力宋學(xué)、全局帳分岔和混荷沌動力學(xué)糧問題，建塊立合適有麥效的動力皮學(xué)控制方呈程，研究虎系統(tǒng)在多緣種共振情芽況下的全濟(jì)局分岔和躬混沌動力懶學(xué)。石3.5域衛(wèi)變結(jié)構(gòu)動市力學(xué)與碰旬撞振動足變結(jié)形構(gòu)動力系今統(tǒng)在工程雀技術(shù)領(lǐng)域慰有著廣泛墾的應(yīng)用背飛景，如航噸天器的交誦會對接，彩空間機(jī)器蠻人捕獲衛(wèi)折星，步行艷機(jī)器人、床飛行器分眾導(dǎo)、以及運結(jié)構(gòu)中的紹間隙作用薦等等都屬竭于這類動漠力系統(tǒng)的怒研究范疇味。在精密疤機(jī)械、圖手象處理和外生物技術(shù)憐中的許多億問題也都留存在著許咐多約束性布質(zhì)發(fā)生突聽變的類似螞現(xiàn)象。如壟何合理的邁描述變結(jié)雅構(gòu)系統(tǒng)的茄動力學(xué)過榨程已成為行解決當(dāng)前碰包括航天獸工程、機(jī)求器人技術(shù)莖、生物工轟程等許多保工業(yè)領(lǐng)域徑的基礎(chǔ)性煎研究課題桑。虛變結(jié)探構(gòu)動力系霧統(tǒng)涉及到漆許多基礎(chǔ)坐性和應(yīng)用背性學(xué)科的朝交叉。由蒼于這類系視統(tǒng)包含運深動過程中博約束性質(zhì)補(bǔ)的變化，械因此，其切動力學(xué)過營程是非光裂滑、甚至據(jù)不連續(xù)的味過吐程詳.維從數(shù)學(xué)意臂義上來看逗這類系統(tǒng)羽可以歸并胖為一類含劑不等式約救束的非線邀性微僚分籌-皇代數(shù)混合滿系統(tǒng)，對洗這類系統(tǒng)躬解的性質(zhì)滲的研究涉抗及到不等音式變分原珍理、穩(wěn)定干性理論、米含線性并羞協(xié)性條件宰和非線性尿并協(xié)性條州件的數(shù)學(xué)照規(guī)劃問題陶、以及相電關(guān)的數(shù)值頁算法等當(dāng)已前應(yīng)用數(shù)咬學(xué)領(lǐng)域研特究的內(nèi)容探。從力學(xué)個意義上來塞說，變結(jié)亞構(gòu)系統(tǒng)在巷約束性質(zhì)疊變換的過兔程中，一偵般要含有妥碰撞接觸消的過程，孟正確的刻腹畫碰撞過償程的作用膏機(jī)理是解羞決這類問潛題的理論聯(lián)基礎(chǔ)。牛全頓患、刪Pois譯so仍n丟及拉Whit遙take撓r倆理論構(gòu)成套了經(jīng)典碰鋸撞動力學(xué)襪理論的框叔架，但實炒際上它所傍能處理的啊問題僅限駝于兩個球竊狀近剛性侵物體的正放碰撞或斜蔑碰撞問題疑。因此，最在將經(jīng)典廊的碰撞動爪力學(xué)理論枕引入到變慰結(jié)構(gòu)系統(tǒng)院動力學(xué)時斷，我們必捷須重新認(rèn)背識經(jīng)典碰賀撞動力學(xué)婆理論中所峽包含的簡視化假設(shè)。張這些假設(shè)址包括吉：院(1)沾

迷碰撞瞬態(tài)釣假設(shè)愉；州(2)議驢碰撞局部鞭性假設(shè)夜；拾(3)樹透碰撞法向加運動不受姜切向運動差影響的假涉設(shè)機(jī)；逝(4)狠偽恢復(fù)系數(shù)啄只依賴于湊碰撞體材房料性質(zhì)，銹而與碰撞柜體的幾何董形狀和運鞭動條件無膨關(guān)的假設(shè)棗；踐(5)住

末切向沖月量漲Whit太take蠅r撈理論來確辦定的假設(shè)和。媽當(dāng)把貼經(jīng)典的碰滾撞動力學(xué)闊理論推廣撞到多柔體云系統(tǒng)的碰浪撞問題時酬，引起的沈問題更多疲。我們必炒須注意到嚇柔性體發(fā)隸生碰撞時爸可能激發(fā)掠的多種不丘同的運動南形式禍：恒(1)故脹碰撞體的筑整體運動的；晨(2)竟六碰撞體在遭碰撞點臨排近的局部忌變形運動粒；盡(3)爸膽柔性體的喝結(jié)構(gòu)變形唐運動佳；暢(4)喚止應(yīng)力波的訓(xùn)傳播等。磁同時，變吉結(jié)構(gòu)動力睛系統(tǒng)與計修算力學(xué)的惠發(fā)展緊密趴相關(guān)，碰上撞接觸的負(fù)過程實際剖上是一個豐含動邊界梅的相互作臥用的過程逐，目前在嬌計算力學(xué)進(jìn)領(lǐng)域備受窗關(guān)注的無攤網(wǎng)格數(shù)值體技術(shù)方法駛為精細(xì)研燃究碰撞作壓用過程的撿力學(xué)性質(zhì)霜提供了可件能死.宇變結(jié)構(gòu)系健統(tǒng)往往是姐一個受控架的多體系撥統(tǒng)，碰撞記過程的強(qiáng)歲非線性因印素對控制協(xié)器的設(shè)計億提出了更較高的性能流要求，這李包括對控箭制器的魯企棒性、穩(wěn)日定性、以風(fēng)及系統(tǒng)在估執(zhí)行機(jī)構(gòu)沈受限條件溜下的最優(yōu)直控制問題捎等?？梢赃^看出，碰蘆撞與變結(jié)陣構(gòu)動力學(xué)爽不僅具有殘廣泛的工密程應(yīng)用背權(quán)景，并且還涉及到多貌體動力學(xué)籠、計算力迷學(xué)、應(yīng)用館數(shù)學(xué)、控情制理論等瓶多學(xué)科共仁同關(guān)注的塊基礎(chǔ)理論濫問題，因納此，開展柴碰撞與變陶結(jié)構(gòu)動自力學(xué)及相教關(guān)的碰撞毒振動研究氣具有重要架的理論意悉義和工程污價值。主尼要研究內(nèi)委容有以下律幾方面：征(1)估掏碰撞作用谷過程力學(xué)嗎機(jī)理的研床究振.耍包括基于癢能量表述丑的碰撞簡扣化模型的號實現(xiàn)，碰蓋撞過程中醋的能量分亂配規(guī)律，鎮(zhèn)以及對碰袋撞過程中題切向運動嚇和法向運扶動的相互乏作用機(jī)理沾等。俗(2)氧披變結(jié)構(gòu)動河力學(xué)過程辨整體動力秤學(xué)特性的腰描述。包喘括對含并縫協(xié)性條件寧微分代數(shù)廉混合系統(tǒng)支的解的性玻質(zhì)、全局茶穩(wěn)定性、怒以及相關(guān)辨的數(shù)值算帖法。戀(3)理諒動邊界問胡題的處理講技術(shù)。包西括利用無蘇網(wǎng)格數(shù)值跡計算方法拐解決含大法變形和碰臨撞接觸的芒變結(jié)構(gòu)動領(lǐng)力學(xué)問題委。煩(4)調(diào)呈變結(jié)構(gòu)動孔力系統(tǒng)的窯控制問題擠的研蘇究這.道包括研究絮含碰撞與呢接觸約束腐的變結(jié)構(gòu)序系統(tǒng)控制侵策略的魯翅棒性、穩(wěn)蘇定性、以教及相關(guān)的歷最優(yōu)控制翠策略問題蜓。代(5)會芳含間隙的春復(fù)雜機(jī)械項、結(jié)構(gòu)系渡統(tǒng)碰撞振妖動分析，坊包括碰撞牛振動的類悅型、運動踏穩(wěn)定性、纏分岔及混西沌的分析墨與控制等塑。匆3.6假櫻微機(jī)電系諒統(tǒng)動力學(xué)逮近年蜻來，微機(jī)紅電系醫(yī)統(tǒng)墊(mic創(chuàng)roe挪lect帶ro-m峰echa失nica釘lsy曠stem蠶,ME村MS因)遲正走出實撲驗室，成愚為扇2都1烤世紀(jì)初的魔新興產(chǎn)業(yè)澤。僅從國埋防科技工皇業(yè)領(lǐng)域看集，由MEM優(yōu)S碧技術(shù)將用虎于各種微艱型武器系哭統(tǒng)，形成萄具有新的泥競爭力占的聞“嘗智能軍菊火辣”決。西方發(fā)倘達(dá)國家正碼在積極研劈制用于軍酸事目的的解微型航空掩器、重量淺在籃1k梅g變級、甚公至裙0.1k喉g橡級的納米態(tài)衛(wèi)星等。渣而它們的墊實現(xiàn)必須通借助各種膊微發(fā)動機(jī)彼、微慣導(dǎo)些儀器、微功傳感器、晴微執(zhí)行機(jī)撿構(gòu)。與傳巾統(tǒng)機(jī)械和同結(jié)構(gòu)相比管，薪MEM運S裙的研制過夢程更具有發(fā)設(shè)計與制第造一體化皆的特征。送目前，警對曾MEM蒜S困的設(shè)計多練還在器件收水平。除貫了少數(shù)二花維器件的晨設(shè)計外，僚多數(shù)設(shè)計毒借助悼于俱ANSY斧S汽等商品化圖軟件進(jìn)行行試湊；除鍋了一些微浙加速度計煩的設(shè)計外吐，多數(shù)設(shè)松計尚屬于喉結(jié)構(gòu)靜強(qiáng)惹度或機(jī)構(gòu)至運動學(xué)范奴疇?？梢钥揞A(yù)見，隨澤著嗽MEM犯S贈的實用化序，其動力孩學(xué)問題將鹽日益引起脫人們的關(guān)動注。例如稀，對于微窗發(fā)動機(jī)中竟的運動部牙件、微慣于導(dǎo)儀器，拒必須從動西力學(xué)角度欣去進(jìn)行分棍析和設(shè)計泛。微機(jī)電仁系統(tǒng)動力都學(xué)方面的健研究國內(nèi)款外均起步輝不久，以代下是若干嚷值得注意鄉(xiāng)的問題：棚(1)驗昌多學(xué)科耦棍合的大規(guī)圓模動力學(xué)陶模擬。許裁多慎MEM統(tǒng)S澡包括了固嗎體、流體綠、熱傳導(dǎo)昌、電磁、惑靜電等相雅互作用。隸例如，在脅微米尺度笑的流速計侵中，集成倦了限流元蘋件、壓力察傳感器、柜放大電路浩等。對其瞧進(jìn)行動力私學(xué)模擬需忍要使用含匙計算流體皮力學(xué)模塊緒的寶ANSY斧S賴有限元軟劍件綿包具FOLT告RA鴨N勿和電網(wǎng)絡(luò)獵模擬軟懶件猜HSPI女C橡E模，聯(lián)合解壩決多學(xué)科澡耦合猴的木MEM聰S可仿真與設(shè)騙計。僅從筐流體力學(xué)儀看，又可嘉能包括自說由表面和切表面張力乘、非牛頓貧黏性流、流非均勻多炕相流、懸禍浮流體、留表面吸收獲和催化作腐用、混合未、多介質(zhì)磨傳導(dǎo)、熱杰傳導(dǎo)和輻敵射等。因傅此，需要佳有適應(yīng)各樹種學(xué)科和牽各種方程武的網(wǎng)格生鏟成技術(shù)及吳動力學(xué)求缸解乖器皂.供由于誓對唯MEM柱S淡精細(xì)建模棗的需要，輪上述多學(xué)挖科耦合的謠數(shù)值模擬謙規(guī)模非常憑大。目前創(chuàng)，般MEM允S彎的動力學(xué)介研究中，梅處薄理食10,0拐0產(chǎn)0索個自由度廉的線性問洋題已屬常哪規(guī)，但更檢大規(guī)模的怖多學(xué)科耦奸合數(shù)值模但擬還有許端多困難。厭(2)帳遷尺度效應(yīng)膛分析。目是前，愿對囑MEM摩S支器件的尺石度效應(yīng)研籌究主要針兔對強(qiáng)度、艙摩擦與潤奶滑等問題干，很少針陽對動力學(xué)地問題。已利有實驗表銳明，對于孕基于共振養(yǎng)或濾波原捆理的微傳朵感器，其掙工作頻率波范圍敘達(dá)鈔kH購z簽或洽GHz,狼谷會產(chǎn)生由臨于尺度引根起的穩(wěn)定且性問題。決隨著尺度左縮小，對夜于宏觀器算件可忽略偉的失穩(wěn)變燙得突出。識當(dāng)器件尺觀度很小時澇，溫度、皺驅(qū)動功率饅、扶Brow收n駝運動極、市John嶼so贊n統(tǒng)噪聲、光港子、電子壇、吸收分駝子的波動芬等都影響詠噪聲特性廢，有可能卡限制超微筍傳感器的位應(yīng)芳用鴿.庭這些都者是灣MEM駁S貫發(fā)展中需線要認(rèn)真解劫決的動力淺學(xué)問題。墨(3)拌弓非線性動間力學(xué)分析后。右MEM這S梢中的非線喘性主要源埋于微機(jī)構(gòu)宜、微驅(qū)動迅器劑(殊如靜電電副機(jī)齡)需，例如柔卷性鉸產(chǎn)生膏的幾何大編變形、摩壘擦等。目旋前，對非務(wù)線性問題井的研究主療要采撓用釀ANSY快S掙軟件進(jìn)行止非線性有頑限元建模沾和瞬態(tài)響酸應(yīng)數(shù)值模胞擬。幾乎壘未從非線爸性動力學(xué)且的高度來箱研究非線摩性振動、次動力穩(wěn)定暗性等問題肚。隨著微誼機(jī)構(gòu)和微頃驅(qū)動器實憲用化，轉(zhuǎn)煮速高脂達(dá)螞1000湯00r/疫mi睜n唯的微馬達(dá)扔將投入使頃用，高速素旋轉(zhuǎn)機(jī)械亮和機(jī)構(gòu)的蛇動力學(xué)問叢題必將引曠起關(guān)注。趣(4)蹲涼納米機(jī)械鍋的動力學(xué)呈模擬。晌當(dāng)饞MEM亂S懶中器件的雹尺度小到抱納米量級糧時，基于雀連續(xù)介質(zhì)遠(yuǎn)力學(xué)理論瓦的建模方蜓法將失效遇。目前，聽對納米機(jī)估械的設(shè)計免尚處于探肅索階段，信例如采用敬分子動力攪學(xué)模擬方小法研究納壤米齒輪的飯可行性。強(qiáng)該方法引個入了許多惕假設(shè)，從杜而有一系顫列局限性燥，如不能盒計入量子出效應(yīng)，計艘算規(guī)模還教只能到上形萬個粒子仆，難以對艷具有支鏈足和環(huán)狀結(jié)木構(gòu)的柔性圈分子進(jìn)行敲模擬等。困因此，有姿必要研究秒介于量子忙力學(xué)和連驕續(xù)介質(zhì)力塑學(xué)之間的布動力學(xué)，剝使之能用光于納米器宴件的動態(tài)姐模擬和設(shè)引計。抵4持嗎與發(fā)達(dá)國剝家研究水晨平的對比懲近年銀來，我國傅學(xué)者在動賊力學(xué)、振秩動與控制燕的理論和熔方法研究糖方面取得孫了許多新偵進(jìn)展，縮毀小了與國漲外先進(jìn)研牧究水平的棗差距。例青如，在分清析動力學(xué)殲、多柔體梅動力學(xué)、在非線性動嬌力學(xué)、分北岔和混沌蝦動力學(xué)分挽析、非線掩性隨機(jī)振爪動、非線幻性轉(zhuǎn)子動屠力學(xué)、