基于单边饱和拉索的结构振动最优控制

拉索作动器已被引入结构振动控制中,但作动器具有单边饱和的非线性特点,因此,拉索控制难以直接采用要求控制无约束的LQG对结构振动进行控制律设计。针对拉索的单边饱和特点,提出了一种用分段性能指标代替原有的二次型性能指标的最优控制方法。将拉索的单边饱和特性考虑在内并以合适的抑制速度对结构振动进行控制。并证明了直接用LQG方法对结构振动进行控制律设计,通过拉索控制器取单边和饱和之后作用于结构也是一种最优控制。同时证明了加观测器的最优控制系统对结构振动控制是稳定的。对一悬臂梁振动进行数值仿真控制,结果验证了该最优控制率的可行性。     

基于LQG/LTR的磁流变阻尼器半主动控制律

针对由LQG(LinearQuadraticGaussian)控制器设计的MR阻尼器半主动控制律鲁棒性差的问题,采用LQG/LTR(LinearQuadraticGaussian/LoopTransferRecovery)方法,使LQG闭环系统控制力返回比尽量逼近对应的LQR(LinearQuadraticRegulator)闭环系统的控制力返回比,得到具有改善鲁棒性的LQG控制器,然后按照某种规则设计磁流变(Magnetorheological:MR)阻尼器半主动控制律。最后对三层被控框架结构进行地震响应分析,数值结果表明由LQG/LTR得到的半主动控制律控制性能相比于由LQG得到的半主动控制律具有较好的鲁棒性和稳定性,并达到了LQR半主动控制律的控制水平。     

基于正交展开方法的Duffing振子随机最优控制

基于多维Hermite多项式的经典均相混沌展开,考察了Duffing振子随机最优多项式控制的正交展开方法,阐明了多项式系数演化与振子系统反应、最优控制力概率特性之间的联系.系统输入采用Karhunen-Loève展开表现的随机地震动.为降低混求解规模,引入位移-速度范数准则,发展了自适应混沌多项式展开策略.同时,基于Lyapunov稳定条件设计控制器的控制增益参数.数值算例分析表明,受控后系统位移和加速度的均方特征得到改善、振子系统的非线性程度减小,基于混沌多项式展开的最优控制方法能明显降低系统的随机涨落和显著改善系统的非线性反应性态.     

地震激励下20层钢结构基准模型的非线性随机最优控制

建筑结构基准问题常用来比较各种振动控制策略的优劣。运用基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理的非线性随机最优(NSO)控制策略,研究了地震激励下20层钢结构基准模型的振动控制。建立基准模型的系统运动方程,通过模态变换转换到模态坐标下进行研究。由于结构的状态只有部分是可观测的,可通过分离原理将部分观测问题转化成完全可观测问题,由Kalman滤波方法得到系统状态的条件均值。运用拟可积Hamil-ton系统随机平均法得到随机平均方程,对部分模态进行控制求解。通过求解动态规划方程得到非线性的最优控制力,对结构的响应进行控制。将NSO控制得到的性能评价指标与线性二次型高斯(LQG)最优控制得到的评价指标进行对比,发现该非线性随机最优控制策略更加有效。     

低密频太阳能帆板动力学参数在轨辨识和振动控制

太阳能帆板是典型的柔性空间结构,其固有频率低且密集,阻尼很小。为了抑制其振动,建立了基于动力学参数辨识的振动控制方法。该方法利用特征系统实现算法及其扩展算法如ERA/DC或OKID辨识结构的动力学参数,然后利用最优控制理论设计控制器。根据辨识和控制的方法以及适用的情况,提出了三种在轨辨识和控制集成方案,即ERA(ERA/DC)和LQR或LQG,OKID和LQG。对一具有低密频大型柔性空间站结构的数值仿真表明,上述在轨辨识和控制集成方案具有辨识速度快,辨识精度高,控制效果好等优点,适于柔性空间结构的在轨辨识和控制。     

基于非线性随机最优控制的大跨度斜拉桥地震响应Benchmark问题研究

大跨度斜拉桥Benchmark问题的振动控制研究是当前国际结构控制研讨会的重要议题之一。以美国Bill Emerson Memorial斜拉桥第二阶段Benchmark模型为研究对象,在非线性随机动力学与控制的拟哈密顿理论体系框架下,运用基于随机平均法和随机动态规划原理的非线性随机最优(NSO)控制策略,对地震作用下的Benchmark模型进行MATLAB仿真分析。将最优控制力和性能评价指标与线性二次型Gauss(LQG)控制的计算结果进行对比,得出非线性随机最优控制策略能够更加有效地抑制斜拉桥的地震响应,提高结构的动力稳定性和抗震能力,具有更好的控制效果,对实际桥梁工程的振动控制具有较强的指导意义和适用价值。     

超音速弹翼非线性颤振分析与控制

摘　要：研究超音速弹翼非线性气动弹性稳定性与主动控制问题。采用三阶活塞理论建立含间隙弹翼非线性气动弹性动力学方程,分别利用Hopf分岔理论及数值方法给出系统的线性与非线性颤振速度,应用基于微分几何法及二次型最优控制相结合的方法,设计非线性系统控制器。最后分析控制器及系统参数对控制效果的影响。仿真结果表明设计的控制器可有效地实现对非线性系统颤振的抑制。     

非线性梁压电分阶最优减振控制

提出非线性的分阶最优控制方法,并将其应用于梁的非线性振动压电减振控制。建立梁压电减振系统动力学模型,导出减振系统的非线性动力学运动微分方程,利用摄动法,实现非线性微分方程的线性化。将各阶线性方程解耦,化为状态空间方程。设计非线性分阶控制器,对减振系统进行分阶最优控制。仿真算例验证这种控制方法的有效性。     

跨临界CO2引射制冷系统控制性能研究

本文建立了两种控制器（单通道最优控制器（SCOC）和多变量线性二次高斯控制器（LQG））以改善跨临界CO2引射制冷系统的运行效率。首先建立了SCOC,通过在线调节喷嘴喉部面积,搜索系统最优的气冷器压力;其次针对SCOC作用下制冷量不可控的缺点,设计了LQG以实现系统制冷量可调。将两种控制器分别应用于实验系统中,结果表明：SCOC能够驱使系统不断接近给系统的最优气冷器压力,给定工况下获得最大制热系数COPh为3.15,但导致系统制冷量的不可控。在LQG的作用下,气冷器压力、系统制冷量得到独立控制,显示了很好的参数跟随性,然而LQG无法保证系统的稳态运行效率。研究指出两种控制器各有优缺点,若实现满足系统负荷需求的同时保持系统最高的运行效率,需要设计结合两种算法特点的新型控制器。     

基于智能算法的高层建筑非线性地震反应的MR阻尼器半主动控制

研究了第三阶段结构振动控制的Benchmark问题;设计了基于模糊神经网络的控制器模型;采用磁流变(MR)阻尼器作为控制装置,对一座20层Benchmark建筑结构进行了非线性地震反应的数值仿真分析。首先,通过神经网络对足尺MR阻尼器进行了动力特性的辨识;其次,在设计模糊神经网络控制器时,提出了分区控制的设计思路。将智能控制器半主动控制下的仿真结果与样本LQG控制进行了对比分析。结果表明:提出的智能控制器能有效抑制高层建筑结构的非线性地震反应;与样本LQG控制相比,由于智能控制器的内在鲁棒性和对结构非线性反应控制的稳定性,在非线性结构的振动控制中有很大的应用潜力。