結(jié)構(gòu)振動魯棒控制策略分析

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1、圭塑奎望查蘭墮主堡苧——結(jié)構(gòu)振動魯棒控制策略研究摘要結(jié)構(gòu)的振動主動控制是當(dāng)前非常重要而又十分迫切的研究課題，它在航空航天、交通運(yùn)輸、機(jī)械工程、土木工程等諸多工程領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景，是一門匯集力學(xué)、材料學(xué)、信號處理、控制理論及計(jì)算機(jī)技術(shù)等多門學(xué)科的交叉科學(xué)。本論文受國防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)基金項(xiàng)目Js52．4．3支持，以直升機(jī)結(jié)構(gòu)振動控制為應(yīng)用背景，對結(jié)構(gòu)振動的主動控制問題在魯棒控制策略與實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了較為全面的研究。首先，論文闡述了結(jié)構(gòu)振動主動控制研究的意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，并對本論文的研究目標(biāo)和內(nèi)容、研究思路、研究特色及結(jié)構(gòu)安排等作了介紹。，一、I然后

2、，給出了本論文主要的研究工作和成果，分為如下的幾個(gè)部分：1．在參閱大量有關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文對主動約束層阻尼(ACLD)結(jié)、構(gòu)的建模問題進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)與概括，從而為進(jìn)～步研究和應(yīng)用提供了必要的知識儲備。同時(shí)，本文研究了結(jié)構(gòu)振動控制中，模態(tài)截?cái)嗉捌鋮?shù)不確定性對控制系統(tǒng)的影響。討論了結(jié)構(gòu)化不確定性(結(jié)構(gòu)系統(tǒng)參數(shù)攝動)和非結(jié)構(gòu)化不確定性(系統(tǒng)高頻剩余模態(tài))的表示方法，特別給出了結(jié)構(gòu)模態(tài)頻率參數(shù)不確定性的描述方式。提出了用統(tǒng)一的狀態(tài)空間模型表示系統(tǒng)不確定性的方法，并利用魯棒控制理論中具有較小保守性的結(jié)構(gòu)奇異值(1a)分析方法對帶有不確定性的結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)進(jìn)

3、行了魯棒穩(wěn)定性和魯棒性能的分析。2．研究了結(jié)構(gòu)振動控制的魯棒控制器設(shè)計(jì)問題。給出了幾種適合于解決結(jié)構(gòu)振動控制問題的魯棒H。控制器設(shè)計(jì)方案，包括混合靈敏度設(shè)摘要計(jì)方法，干擾捧制設(shè)計(jì)方法及釜綜合方法等，并對這些方法進(jìn)行了一定修改，使之受易于設(shè)計(jì)。特鄹是將混合靈敏度設(shè)計(jì)方法中干擾通道與控制通道進(jìn)行分離設(shè)計(jì)使得校函數(shù)的選擇更為方便，同時(shí)能較好地與增加有效阻尼的振動控制西的相聯(lián)系。另外，在干擾抑制設(shè)計(jì)方法中加入不確定性的描述，使控制器的設(shè)計(jì)更具魯棒性，同時(shí)也改善了控制器的頻域特性。3．針對結(jié)構(gòu)振動控制中多種目標(biāo)的要求，包括增加阻尼，避免“溢出”，作動器輸融限制等，

4、給出了魂種多尉標(biāo)魯梅控制器實(shí)現(xiàn)算法。第～種針對參數(shù)攝動闖題，給出了混合HJH。及蟄極點(diǎn)約束的多旦標(biāo)簧棒控制器設(shè)計(jì)方案。這；}中方寨的特色之處是通過構(gòu)逡魯格蕊測器保證了輸出反饋控鍘系統(tǒng)豹磐捧穩(wěn)定性著較好地實(shí)現(xiàn)了時(shí)域和頻域等多種髏鏈要求。第二種是基于混食特征結(jié)構(gòu)配置稻}毛。濾波器的控鉻《器設(shè)計(jì)方案。該方案能很好地實(shí)現(xiàn)時(shí)域的特征值和特征商量的要求，同時(shí)能通過鞭。標(biāo)準(zhǔn)問題的解決構(gòu)造澄對高階剩余模態(tài)具有魯棒性的控制器。4．～般魯棒H?？刂破髟O(shè)計(jì)方法獲得的控制器階數(shù)要等于廣義對象的階數(shù)，這樣勢必造成高階控制器的產(chǎn)生，因而使得控制器的軟硬件實(shí)現(xiàn)等存在很多問題。低階控制

5、器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)成為解決結(jié)構(gòu)振動控制的一個(gè)關(guān)鍵性閩題。本論文針對基于線性矩陣不等式(L蛾)方法設(shè)計(jì)低盼控制器存在的非熱矩蹲秩約束優(yōu)化問題，提出了一罩孛基予LMI郡多遐蜷遺傳算法的餞化算法。這種算法采熙將LMI求解與多縣標(biāo)隧枧搜索的策略維舍進(jìn)行儻純釣策略，在一定條件下畿方便魂設(shè)計(jì)出理想階數(shù)的控制器，弱時(shí)氌能清楚地給出控制器性能與階數(shù)聞的折衷關(guān)系，從雨為在實(shí)際工程中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)理想的控制器提供了有價(jià)值的參考。5．在許多工程系統(tǒng)中尤其是帶有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)，常常會受到持續(xù)的諧波干擾的影響，造成系統(tǒng)性能的下降和不穩(wěn)定。為抑制這種諧波上海交通大學(xué)博士論文干擾作用，本文通

6、過對諧波干擾建模并與被控系統(tǒng)一起構(gòu)成增廣系統(tǒng)模型，從而轉(zhuǎn)化為H?？刂茊栴}進(jìn)行求解。由于在實(shí)際系統(tǒng)中，系統(tǒng)所受諧波干擾頻率是隨工作點(diǎn)的變化而變化，因此本文進(jìn)一步探討了變頻率諧波干擾作用下，結(jié)構(gòu)振動的增益調(diào)度H?？刂茊栴}，提出了增益調(diào)度的H?？刂品椒?。諧波干擾的頻率(一般可以根據(jù)運(yùn)行工況實(shí)時(shí)測量得到)作為增益調(diào)度變量，通過采用線性參數(shù)變化控制器設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)了能隨干擾諧波頻率變化進(jìn)行調(diào)度的H。控制器，實(shí)現(xiàn)了在各個(gè)穩(wěn)態(tài)工況下都有較好的控制諧波干擾作用的效果。6．在實(shí)驗(yàn)研究方面，采用主動約束層阻尼(ACLD)主動／被動混合策略和多輸入多輸出(ⅦMO)控制方式對二維

7、懸臂板結(jié)構(gòu)振動控制問題進(jìn)行了振動控制實(shí)驗(yàn)研究。給出了MIMO系統(tǒng)辨識的實(shí)現(xiàn)算法及實(shí)驗(yàn)方案。研究了基于結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)的MIMO控制系統(tǒng)，構(gòu)造了數(shù)字信號處理器DSP和PC機(jī)構(gòu)成的主從式微機(jī)控制系統(tǒng)，進(jìn)行了魯棒控制器設(shè)計(jì)的DSP實(shí)現(xiàn)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了本文研究的方法能有效地用于解決結(jié)構(gòu)振動控制問題。由于結(jié)構(gòu)振動主動控制是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的研究課題，許多方面還需要進(jìn)一步深入的研究與探討，因此，在本論文的最后，對本論文的研究工作和取得的成果進(jìn)行了全面的總結(jié)，對未來的研究問題進(jìn)行了展望。Y關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)振動，主動控制，I廠、控制，H。。控制，增益謫：!蝤制STUDY

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