結(jié)構(gòu)振動的時滯反饋制約及實在驗探討

1、結(jié)構(gòu)振動的時滯反饋制約及實在驗探討    內(nèi)容導(dǎo)讀：容和成果總結(jié)如下:(1)對離散形式的多時滯問題處理方法進(jìn)行了研究。結(jié)構(gòu)模型分別考慮了有限自由度系統(tǒng)(建筑結(jié)構(gòu))和分布參數(shù)系統(tǒng)1 2 3 4 5 下一頁 主動控制系統(tǒng)中不可避免的存在著時滯現(xiàn)象,它有時是控制系統(tǒng)本身所固有的,如傳感器信號的采集和傳輸、控制器的計算、作動器的作動過程等,有時是人為引入進(jìn)去的,如數(shù)字濾波器的使用等。時滯會使得最后作用于結(jié)構(gòu)的控制力產(chǎn)生不同步,導(dǎo)致在系統(tǒng)不需要能量時作動器向系統(tǒng)輸入能量,有可能引起控制效率的下降或控制系統(tǒng)失穩(wěn)。另外

2、,即使原動力學(xué)系統(tǒng)本身是線性的,在加入控制環(huán)節(jié)和考慮時滯后,系統(tǒng)也會呈現(xiàn)出非線性諸多復(fù)雜的動力學(xué)行為。因此,對控制系統(tǒng)中時滯問題的研究具有重要的理論意義和實際應(yīng)用價值。時滯問題也是目前數(shù)學(xué)、控制、力學(xué)和結(jié)構(gòu)工程等研究領(lǐng)域的熱門前沿方向之一。時滯問題的研究大體可以分為兩方面:時滯消除技術(shù),時滯利用技術(shù)。時滯消除技術(shù)以為|教育論文網(wǎng)|時滯是“壞”因素,應(yīng)當(dāng)在控制設(shè)計中消除它對系統(tǒng)性能所造成的負(fù)面影響,目前常采用的方法有泰勒技術(shù)展開法、移項技術(shù)、狀態(tài)預(yù)估法等。時滯利用技術(shù)則是不考慮控制系統(tǒng)本身所固有的時滯量,而是人為地向系統(tǒng)中引入時滯量,將時滯作為一個設(shè)計參數(shù)和利用時滯進(jìn)行控制反饋,通過調(diào)整時滯量的

3、大小以取得滿足的系統(tǒng)性能和控制效果,如時滯阻尼器、時滯濾波器、混沌時滯控制、利用時滯改善系統(tǒng)穩(wěn)定性等。固然目前人們關(guān)于時滯問題已經(jīng)進(jìn)行了大量研究,取得了很多成果,但是多數(shù)的研究是在理論上進(jìn)行探討,少有實驗研究報道。另外,目前的研究多數(shù)考慮的是單時滯問題,多時滯問題的研究較少。本論文在國家自然科學(xué)基金(編號:10772112,10472065)、教育部重點項目(編號:107043)、教育部博士點專項基金(編號:20070248032)和上海市教育委員會科研重點項目(編號:09ZZ17)的資助下,開展了結(jié)構(gòu)主動控制中多時滯問題的研究,并且進(jìn)行了大量實驗驗證。主要研究內(nèi)容和成果總結(jié)如下:(1)對離散

4、形式的多時滯問題處理方法進(jìn)行了研究。結(jié)構(gòu)模型分別考慮了有限自由度系統(tǒng)(建筑結(jié)構(gòu))和分布參數(shù)系統(tǒng)控制律的設(shè)計可以針對該標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程進(jìn)行設(shè)計而得出。論文中給出了連續(xù)形式多時滯控制律的設(shè)計過程,以及積分變換中的積分項的迭代計算格式。仿真中分別考慮了如下三種情況:(i)僅使用關(guān)節(jié)扭矩進(jìn)行系統(tǒng)控制,關(guān)節(jié)扭矩存在時滯,(ii)使用關(guān)節(jié)扭矩和壓電作動器同時進(jìn)行系統(tǒng)控制,僅壓電作動器存在時滯;(iii)使用關(guān)節(jié)扭矩和壓電作動 (柔性梁、柔性板)。在時滯控制律設(shè)計中,通過一種特殊的狀態(tài)變量增廣,將包含有時滯項的時滯微分方程轉(zhuǎn)換成形式上不包含有時滯項的標(biāo)準(zhǔn)差分狀態(tài)方程形式,然后采用離散最優(yōu)控制方法和離散變結(jié)構(gòu)控制

5、方法進(jìn)行了時滯控制律的設(shè)計。論文中給出了時滯控制律的具體設(shè)計過程和各個變量具體的迭代計算格式,并且給出了時滯系統(tǒng)的穩(wěn)定性判據(jù)。在所設(shè)計的時滯控制律的表達(dá)式中,不但包含有當(dāng)前步的狀態(tài)反饋,而且包含有前若干步控制項的線性組合。由于時滯控制律是直接通過期滯微分方程進(jìn)行設(shè)計而得出,而且在設(shè)計過程中無需做任何近似和假設(shè)處理,因此這種時滯問題處理方法易于保證控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性,不但可以處理小時滯量問題,也能處理大時滯量問題。仿真結(jié)果顯示出,該方法是可行的和有效的。另外,論文中還采用可控Gramian矩陣和粒子群優(yōu)化算法對柔性板上壓電作動器的優(yōu)化位置進(jìn)行了具體研究。(2)對連續(xù)形式的多時滯問題處理方法進(jìn)行了研

6、究。結(jié)構(gòu)模型考慮了柔性機械臂系統(tǒng),系統(tǒng)模型采用了一次近似模型,控制方法采用了最優(yōu)跟蹤控制方法,柔性機械臂上粘貼有壓電作動器。在連續(xù)形式的多時滯控制律的設(shè)計中,通過一種特殊形式的積分變換,將系統(tǒng)的時滯微分方程轉(zhuǎn)換成形式上不包含有時滯項的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程形式,系統(tǒng)維數(shù)保持不變,控制律的設(shè)計可以針對該標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)方程進(jìn)行設(shè)計而得出。論文中給出了連續(xù)形式多時滯控制律的設(shè)計過程,以及積分變換中的積分項的迭代計算格式。仿真中分別考慮了如下三種情況:(i)僅使用關(guān)節(jié)扭矩進(jìn)行系統(tǒng)控制,關(guān)節(jié)扭矩存在時滯,(ii)使用關(guān)節(jié)扭矩和壓電作動器同時進(jìn)行系統(tǒng)控制,僅壓電作動器存在時滯;(iii)使用關(guān)節(jié)扭矩和壓電作動器同時進(jìn)行系

7、統(tǒng)控制,兩者存在不同的時滯量。仿真結(jié)果顯示,時滯控制律能夠有效地保證機械臂系統(tǒng)在有限時間到達(dá)預(yù)定位置,并且機械臂的殘余振動可以得到有效抑制。(3)基于DSP控制卡開展了柔性梁、柔性板和柔性機械臂系統(tǒng)的單時滯和多時滯 的主動控制實驗研究,進(jìn)行了實驗方案的設(shè)計和DSP程序的二次開發(fā),解決了數(shù)據(jù)處理、差分電路、摩擦補償?shù)戎T多實驗中的問題,通過實驗驗證了以上離散和連續(xù)形式多時滯控制律的有效性。(4)對時滯動力學(xué)系統(tǒng)的時滯辨識問題進(jìn)行了研究和探索。研究中,將時滯辨識轉(zhuǎn)化為一個優(yōu)化問題,以一段時間內(nèi)系統(tǒng)的預(yù)估響應(yīng)與真實響應(yīng)之差的絕對值之和作為目標(biāo)函數(shù),采用粒子群算法作為優(yōu)化算法,開展了單時滯和多時滯的辨識

8、研究。仿真結(jié)果顯示,所給時滯辨識方法能夠有效地辨識出控制系統(tǒng)中的時滯量。時滯問題是一個具有挑戰(zhàn)性的研究課題,很多方面還需要進(jìn)一步深入研究與探討,因此在論文的最后,對本文的研究工作和成果進(jìn)行了全面總結(jié),對未來的研究問題進(jìn)行了展望?！娟P(guān)鍵詞】：柔性結(jié)構(gòu)時滯反饋控制時滯辨識實驗【論文提綱】：· 摘要5-7· ABSTRACT7-13· 第一章緒論13-30· 1.1研究目的和意義13-14· 1.2結(jié)構(gòu)振動控制14-19··· 1.3時滯問題及研究現(xiàn)狀19-27·····

9、·· 1.4本文主要工作27-30· 第二章地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的多時滯最優(yōu)控制30-59· 2.1引言30-31· 2.2動力學(xué)模型31-32· 2.3運動方程離散化和標(biāo)準(zhǔn)化32-35··· 2.4穩(wěn)定性分析35-37··· 2.5控制律設(shè)計37-42··-42· 2.6F、G、(Q|-)_(11)(Q|-)_(12)和(Q|-)_(22)的迭代計算42-45· 2.7矩陣N和W的收斂性討論45-46· 2.8數(shù)值算例46-5

10、8··· 2.9本章小結(jié)58-59· 第三章柔性梁的多時滯主動控制及實驗研究59-113· 3.1引言59-60· 3.2壓電效應(yīng)及壓電方程60-64··· 3.3動力學(xué)方程64-67· 3.4多時滯主動控制設(shè)計67-69··· 3.5實驗平臺和數(shù)據(jù)處理69-83······ 3.6數(shù)值仿真和實驗結(jié)果83-112··· 3.7本章小結(jié)112-113· 第四章柔性板的多

11、時滯主動控制及實驗研究113-151· 4.1引言113-114· 4.2動力學(xué)方程114-117· 4.3模態(tài)擬合117-119··· 4.4作動器的優(yōu)化位置119-123··· 4.5時滯控制律設(shè)計123-125· 4.6數(shù)值仿真和實驗結(jié)果125-150····· 4.7本章小結(jié)150-151·7· 5.1引言151-152· 5.2動力學(xué)方程152-155· 5.3時滯控制律設(shè)計155-156· 5.4數(shù)值仿真和實驗結(jié)果156-164···· 5.5仿真和實驗結(jié)果164-176· 5.6本章小結(jié)176-177· 第六章基于粒子群算法的時滯系統(tǒng)的時滯辨識177-182· 6.1引言177· 6.2時滯辨識問題描述177-178· 6.3基于粒子群方法的時滯參數(shù)辨識178-179· 6.4數(shù)值仿真179-181··· 6.5