This paper deals with the problem of output-feedback H ∞ control for a class of active quarter-car suspension systems with control delay. The dynamic system of the suspension systems is first formed in terms of the control objectives, i.e., ride comfort, road holding, suspension deflection, and maximum actuator control force. Then, the objective is to the design of the dynamic output-feedback H ∞ controller in order to ensure asymptotic stability of the closed-loop system with H ∞ disturbance attenuation level and the output constraints. Furthermore, using Lyapunov theory and linear matrix inequality (LMI) approach, the existence of admissible controllers is formulated in terms of LMIs. With these satisfied conditions, a desired dynamic output-feedback controller can be readily constructed. Finally, a quarter-vehicle model is exploited to demonstrate the effectiveness of the proposed method.

Micro-vibration caused by disturbance sources onboard spacecraft can severely degrade the working environment of sensitive payloads. Some notable vibration control methods have been developed particularly for the suppression or isolation of micro-vibration over recent decades. Usually, passive isolation techniques are deployed in aerospace engineering. Active isolators, however, are often proposed to deal with the low frequency vibration that is common in spacecraft. Active/passive hybrid isolation has also been effectively used in some spacecraft structures for a number of years. In semi-active isolation systems, the inherent structural performance can be adjusted to deal with variation in the aerospace environment. This latter approach is potentially one of the most practical isolation techniques for micro-vibration isolation tasks. Some emerging advanced vibration isolation methods that exploit the benefits of nonlinearity have also been reported in the literature. This represents an interesting and highly promising approach for solving some challenging problems in the area. This paper serves as a state-of-the-art review of the vibration isolation theory and/or methods which were developed, mainly over the last decade, specifically for or potentially could be used for, micro-vibration control.

This paper investigates the problem of sampled-data H ∞ control of uncertain active suspension systems via fuzzy control approach. Our work focuses on designing state-feedback and output-feedback sampled-data controllers to guarantee the resulting closed-loop dynamical systems to be asymptotically stable and satisfy H ∞ disturbance attenuation level and suspension performance constraints. Using Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model control method, T-S fuzzy models are established for uncertain vehicle active suspension systems considering the desired suspension performances. Based on Lyapunov stability theory, the existence conditions of state-feedback and output-feedback sampled-data controllers are obtained by solving an optimization problem. Simulation results for active vehicle suspension systems with uncertainty are provided to demonstrate the effectiveness of the proposed method.

This paper is concerned with the problem of adaptive tracking control for a class of nonlinear systems with parametric uncertainty, bounded external disturbance, and actuator saturation. In order to achieve robust output tracking for the saturated uncertain nonlinear systems, a combination of adaptive robust control (ARC) and a novel terminal sliding-mode-based nonlinear disturbance observer (TSDO) is proposed, where the modeling inaccuracy and disturbance are integrated as a lumped disturbance. Specifically, the observer errors of estimating the lump disturbances converge to zero in finite-time for improving the precision of estimation. The estimated disturbances are then used in the controller to compensate for the system's lumped disturbances. The analytical results show that the proposed scheme is stable and can guarantee the asymptotic tracking with the tracking error converging to zero even in the presence of disturbances. Finally, the developed method is illustrated the effectiveness by the application to control of a quarter-car model with active suspension system.

Based on the known X-shaped structure, a concave X-shaped structure (CXSS) featuring custom-designed variable pitch springs (VPS) is proposed. This design aims to enhance the displacement range of the quasi-zero stiffness (QZS) system and improve its performance in isolating low-frequency vibrations. The CXSS is obtained by merging two semi-X-shaped structures. The negative stiffness property of the concave structure can be improved by utilizing the motion limitations of the mechanical structure. Of particular concern is the VPS, it can provide nonlinear restoring force and variable stiffness by self-adjusting the effective number of coils. This special spring is suitable to neutralize the negative stiffness of the concave structure, enabling a wider range of QZS properties than linear springs and magnets. The average error between the practical and theoretical restoring force of the VPS is less than 10 %. Based on a special compression coefficient, the objective-load design method (OLDM) is proposed to obtain the stiffness conditions implementing QZS properties against rated mass. The stiffness obtained by the OLDM is considerably accurate. Under this condition, the vibration transmissibility is about 0.45 at 3.5 Hz and 0.1 at 14 Hz, which is lower than that of the unmatched load and stiffness coefficients. Compared with the X-shaped structure, the proposed structure has better low-frequency vibration isolation performance with a natural frequency of about 2 Hz. The vibration transmissibility is about 0.2 at 5 Hz and is about 0.1 at 10 Hz. Pulse excitations with an amplitude of 16 g can be attenuated to about 0.51 g through the CXSS compensated by VPS. It is convenient and efficient to implement QZS properties using the VPS to compensate negative stiffness.

Passive vibration suppression in multiple directions is highly demanded in engineering practices. Based on the X-shaped mechanism, a planar 3-DOF passive vibration isolation with a tunable QZS mechanism is proposed in this study. A specially designed adjustable X-mechanism is integrated with a supporting X-structure to achieve considerable flexibility and easiness in nonlinear stiffness design of a compact 3-DOF passive vibration isolation platform. The novel mechanism design enables the anti-vibration unit to achieve adjustable and beneficial nonlinear stiffness, damping characteristics and excellent ultra-low-frequency vibration isolation performance in all three directions simultaneously. Analyses of loading capacity, nonlinear static stiffness, and QZS zone in the three directions are conducted to better demonstrate the proposed vibration isolator. Comparative studies with traditional spring-mass-damper (SMD) isolators and other typical QZS isolators show that, the proposed vibration isolation unit exhibits much wider QZS zone, larger loading capacity, and wider vibration isolation band in all three directions. The nonlinear statics and tunable QZS effect in three individual directions, and the advantageous vibration isolation performance in the main anti-vibration direction of the proposed passive vibration isolation unit are validated with experimental studies. The results demonstrate a new approach to achieving adjustable nonlinear stiffness and damping design for multiple direction vibration control based on the very rich properties of X-shaped structures/mechanisms.

In pursuit of enhancing the output power of energy harvesters, this paper introduces a novel jellyfish-inspired bistable piezoelectric-triboelectric hybrid generator (JIB-PTHG) with low potential energy barrier characteristics and low-frequency, broadband energy harvesting capabilities. The JIB-PTHG comprises two flexible beams, and two rigid links, connected via a spring. Utilizing the harmonic balance method and Runge-Kutta fourth-order algorithm, a comprehensive analysis of the mechanical properties of the low-barrier bistable structure is conducted. Static equilibrium bifurcation and dynamic response analysis are performed. Subsequently, an electromechanical coupling model incorporating piezoelectricity and triboelectricity is developed to theoretically predict the output voltage of the two modules, revealing a positive correlation between displacement and output voltage. Experiment validation demonstrated that adjusting the length of the rigid links can effectively increase the deformation of the piezoelectric beam and the relative displacement of the triboelectric layers, thus improving the generator's output performance. Specifically, the TENG module exhibited exceptional energy harvesting performance within the frequency range of 3.5-6.5 Hz, achieving a voltage of 1050 V, a power of 1.84 mW, and the ability to illuminate 70 LED lights under an excitation amplitude of 17.5 mm and a frequency of 5.5 Hz. The PEG module, displayed high output performance at frequencies between 4-7 Hz, reaching a voltage of 6.2 volts and a power of 12.8 μW at an excitation frequency of 7 Hz and an amplitude of 17.5 mm. Both theoretical and experimental findings indicate that the JIB-PTHG has achieved improved output power within the frequency range of 3.5-6.5 Hz. Furthermore, the JIB-PTHG has the potential to harness bridge vibration energy and convert it into useful electrical energy for powering wireless sensor nodes in bridge health monitoring systems.