基于自适应模糊控制算法的公路桥梁MR半主动控制

摘要：为了有效处理振动控制中结构的非线性和外界荷载的不确定性,提出了基于自适应模糊控制算法（AFLC）的MR半主动控制算法。AFLC通过在线调节规则后件隶属度函数,以自适应模糊控制系统逼近等价控制律。通过引进Lyapunov稳定性理论设计了相应的自适应率。在此基础上结合限幅最优控制算法（clipped optimal）设计了适合MR阻尼器的半主动控制算法（AFLC/clipped optimal）。针对最近提出的公路桥梁控制的Benchmark问题进行仿真分析,结果表明：在不同场地类型和幅值的地震作用下,基于AFLC算法的主动和半主动控制策略都能够有效的抑制结构的地震响应,且MR半主动控制策略的控制效果与主动控制相近,表明了这种半主动控制策略具有很高的工程应用价值。     

动力机械隔振系统的神经网络半主动控制研究

船舶动力机械隔振系统,结构复杂,易受环境影响,系统精确数学模型不易建立,运用ADAMS和MATLAB联合模拟建立机械被控系统台架模型,提出基于神经网络的振动半主动控制策略,设计神经网络控制器.仿真计算结果表明,与传统的被动控制相比,神经网络半主动控制策略对系统振动具有明显的抑制效果,证明所提控制策略的正确性和有效性.     

动力机械隔振系统的神经、网络半主动控制研究

船舶动力机械隔振系统，结构复杂，易受环境影响，系统精确数学模型不易建立，运用ADAMS和MATLAB联合模拟建立了机械被控系统台架模型，提出了基于神经网络的振动半主动控制策略，设计了神经网络控制器。仿真计算结果表明，与传统的被动控制相比，神经网络半主动控制策略对系统振动具有明显的抑制效果，证明了所提控制策略的正确性和有效性。     

具有非线性时滞的汽车磁流变悬架系统自适应模糊滑模控制

针对磁流变悬架系统执行器件非线性及其时滞的不确定性,本文提出采用基于自适应模糊逻辑的滑模控制策略。首先基于磁流变减振器试验测试数据建立了能精确描述执行器非线性动力学行为的控制模型,进而建立了具有不确定时滞的磁流变减振器控制模型;基于建立的1/4半主动悬架动力学模型,设计了自适应模糊滑模控制器;作为比较,基于1/4车辆悬架模型还设计了简单滑模控制器;最后进行了仿真分析和道路试验。试验结果表明,基于自适应模糊滑模控制能消除减振器强非线性和不确定时滞的影响,显著提高车辆的平顺性,其控制效果要优于简单滑模控制。     

不确定性拉索非线性随机振动的最优控制

为实施不确定性斜拉索非线性随机振动的最优控制,建立受控拉索的横向非线性运动方程,运用伽辽金法推导多模态耦合的振动方程。同时,考虑系统的不确定参数,建立不确定性系统的随机最优控制问题。随后,应用随机平均法、微分对策理论与动态规划方法确定HJI方程并得到极大极小控制律,最后通过数值结果说明该最优控制对于斜拉索非线性随机振动能够达到较好控制效果。     

LabVIEW＆Matlab在半主动悬挂系统实验台数据采集与控制系统中的应用

利用LabVIEw＆Matlab设计了悬挂系统实验台数据采集与控制系统,实现了LQG（Linear Quadratic Gaussian）最优控制算法下悬挂系统主动／半主动振动控制。在LabVIEW环境下实时采集悬挂系统振动信号,并调用MATLAB Script计算状态反馈增益矩阵、Kalman滤波器的增益矩阵,得出线性二次型Gauss最优控制控制策略下最优控制力、半主动控制力数值;然后将此数值作为伺服信号,通过串口通讯,分别控制车速模拟系统、脉宽调制（PWM）电源进而控制作动器,实现不同车速下悬挂系统主动／半主动振动控制。实验结果表明,应用LabVIEW＆Madab设计的数据采集与控制系统能满足实验需要。     

柴油机双层隔振非线性系统主动隔振研究

针对柴油机双层隔振系统,考虑误差通道严重非线性影响动力系统建模、振动分析以及主动控制策略设计、隔振效果,在预补偿模型参考自适应逆控制的线性化算法基础上,集成自适应陷波算法,形成自适应复合控制策略。在柴油机双层隔振系统主动隔振试验中,基于Hammerstein型非线性系统解耦及基频广义频响函数分析,建立线性化参考模型及提取误差通道相频特性曲线,分析提出的自适应复合控制策略,结果表明:接近目标非线性系统的线性参考模型,能够获得好的线性化效果和提供精确的误差通道相频特性曲线,并与相频曲线FIR模型拟合一起,决定着自适应复合控制策略的隔振效果;而与系统能量建模结果对比表明,只有通过消除系统非线性来抑制其对谐频振动影响,才能获得最优的系统振动能量级隔振效果。     

高层建筑非线性地震反应的半主动H∞控制

针对国内外学者多数集中于研究地震激励作用下结构线性反应的振动控制的现状，采用MR阻尼器作为控制装置，提出了能有效抑制强烈地震激励下高层建筑非线性反应的半主动H∞控制；通过观测楼层的加速度和半主动控制力，构建了适用于半主动控制的Kalman-Bucy状态估计器。该方法有效地考虑了地震荷载的不确定性。对一个受控的20层基准建筑进行了非线性反应的数值仿真分析，并与其他控制策略的结果进行了对比分析。结果表明，半主动H∞控制是一种性能优良的控制策略，能有效地抑制高层建筑结构的非线性地震反应，减小强烈或罕遇地震对建筑结构的破坏。     

基于离复位控制策略的结构振动控制研究

对于主动或半主动控制系统来说,目前有多种经典控制算法可以应用于结构控制,然而由于结构控制系统内嵌的参数不确定性、非线性行为和时变特征,这些常规算法的适用性和控制效率往往是不理想的。与之相反,模糊控制系统由于不依赖系统的精确数学模型即可有效实施控制,因而许多研究者转向考虑采用模糊控制途径实施结构控制以避免这些问题。模糊控制现阶段的难题在于控制规则的建立仍无系统的方法可循,一般采取半经验的方法。由于缺乏系统完整的分析和设计方法,模糊控制规则的建立通常需要进行反复的尝试或试验,存在一定的困难。针对这一难题,提出并发展了一种离复位控制策略,用以生成结构模糊控制系统的控制规则。以这种策略作为设计模糊控制规则库的依据,研究了一个底层设有主动拉索控制系统的多层结构的地震反应控制问题。在算例中,通过与线性二次型最优控制算法进行控制效果的对比,验证了它的合理性和有效性。     

模糊神经网络在高层建筑横风向振动控制中的应用研究

提出了模糊神经网络方法控制高层建筑横风向风振反应。通过观测部分楼层加速度和控制力输出，建立了模糊神经网络控制器，解决了传统控制中有限的传感器数目对系统振动状态估计的困难．利用模糊神经网络控制器预测结构的控制行为，消除了闭环控制系统中存在的时滞。利用模糊神经网络控制器的自学习能力来确定模糊规则和语言变量隶属函数，解决了土木工程复杂结构模糊控制中，难于依据专家的主观经验来确定模糊控制规则和语言变量隶属函数等困难。模糊神经网络方法的优势在于算法自身的鲁棒性，处理结构非线性、参数不确定性及时变等问题的能力。通过对基准建筑的刚度不确定性分析，讨论了模糊神经网络控制器的鲁棒性。仿真分析表明，模糊神经网络控制策略能有效地抑制高层建筑的横风向风振反应，控制效果略优于LQG控制，而拥有LQG控制不具备的诸多优点。     

变步长自适应结构振动主动控制算法

提出基于次级通道在线辨识的变步长振动主动控制算法,给出主动控制环节收敛步长、次级通路建模环节收敛步长的调整策略及新的附加噪声功率控制策略。此调整策略完全由初级振动、残余振动及附加随机噪声信号功率决定,无需额外引入经验参数,可简化系统算法复杂度,提高算法收敛性能,实现对附加随机噪声功率的调节,在保证系统稳定情况尽量消除其对残余噪声影响。仿真结果表明,与已有算法相比,该算法在收敛性能、振动控制效果两方面更具优势。基于NI CRIO实时控制器进行简支梁振动主动控制试验表明,该控制系统对简支梁振动响应有较好的抑制作用,对初级振动频率具有较好的跟踪性能。即基于次级通道在线辨识的主动控制方法行之有效。     

部分可观测车辆系统非线性随机振动的最优控制

车辆运行过程的随机振动水平是评估其动力学性能的重要指标,该振动对于车载器件的正常工作具有极其重要的影响,因此必需进行车辆随机振动控制。重型多轴车辆受空间限制其悬架采用可转动的斜杆支承,且控制器如磁流变阻尼器也斜向安装在悬架与车轮之间,导致系统的几何非线性,其非线性随机振动控制方法与效果完全不同于普通车辆。同时由于不可避免的观测噪声,导致部分可观斜杆支承车辆系统的非线性随机控制新问题。本文考虑车体与车轮的垂直耦合运动、及斜支承杆的转动,用拉格朗日方程建立车辆控制系统模型的运动微分方程,转化为非线性的耦合振动方程,同时建立包含测量噪声的系统观测方程,形成一个部分可观系统的非线性随机最优控制问题;根据推广的Kalmam滤波方法得到关于估计状态的非线性随机系统方程,再根据随机动态规划原理建立动态规划方程,结合控制力的有界性,得到基于系统估计状态的最优有界控制律;通过受控与未控系统响应统计的比较评估控制效果,数值结果说明该控制策略可有效地降低具有观测噪声的斜杆支承与控制车辆系统在随机路激励下的非线性随机振动,并对于不同观测系数具有一定的鲁棒性。     

部分可观测车辆系统非线性随机振动的最优控制

车辆运行过程的随机振动水平是评估其动力学性能的重要指标,该振动对于车载器件能否正常工作具有极其重要的影响,因此必需进行车辆随机振动控制。重型多轴车辆受空间限制其悬架采用可转动的斜杆支承,且控制器如磁流变阻尼器也斜向安装在悬架与车轮之间,导致系统呈现几何非线性,其非线性随机振动控制方法与效果完全不同于普通车辆。同时由于不可避免的观测噪声,导致出现部分可观斜杆支承车辆系统的非线性随机控制新问题。考虑车体与车轮的垂直耦合运动及斜支承杆的转动,用拉格朗日方程建立车辆控制系统模型的运动微分方程,转化为非线性的耦合振动方程,同时建立包含测量噪声的系统观测方程,构成一个部分可观系统的非线性随机最优控制问题;根据推广的Kalman滤波方法得到关于估计状态的非线性随机系统方程,再根据随机动态规划原理建立动态规划方程,结合控制力的有界性,得到基于系统估计状态的最优有界控制律;通过受控与未控系统响应统计的比较评估控制效果,数值计算结果表明该控制策略可有效降低具有观测噪声的采用斜杆支承与控制车辆系统在随机路面激励下的非线性随机振动,并对于不同观测系数具有一定的鲁棒性。     

半主动悬架控制的H^∞方法

利用Ｈ∞方法设计双线性系统的控制器并将其应用于半主动悬架控制中,目前在半主动悬架控制中研究者多采用基于天棚阻尼原理的控制方法,基于此方法所得到的控制律是不连续的,本文通过频域整形以及抗干扰设计等手段给出半主动悬架控制器设计的新途径,所得控制律是连续的。由于Ｈ∞设计方法的固有特点,Ｈ∞控制与天棚阻尼方法有着明显的差别。本文方法可推广到某些非线性系统的控制器设计问题中,可考虑参数摄动的影响,因而具有一般性。模拟分析表明Ｈ∞方法的设计结果能有效地控制悬架的振动,与天棚阻尼方法相比,控制信号有很大区别。     

参数不确定电梯机械系统振动的H∞鲁棒控制

本文在阐述参数不确定性系统的鲁棒稳定及其控制器设计问题基础上,讨论应用H∞控制理论同时考虑鲁棒稳定与干扰抑制问题的控制器设计。最后考虑模型参数不确定性电梯系统振动的H∞鲁棒控制。数值仿真结果表明,控制算法是有效的,控制效果是明显的。     

参数不确定电梯机械系统振动的H_∞鲁棒控制

本文在阐述参数不确定性系统的鲁棒稳定及其控制器设计问题基础上 ,讨论应用H∞ 控制理论同时考虑鲁棒稳定与干扰抑制问题的控制器设计。最后考虑模型参数不确定性电梯系统振动的H∞ 鲁棒控制。数值仿真结果表明 ,控制算法是有效的 ,控制效果是明显的     

高速列车悬挂系统连续混合控制策略的设计与仿真分析

在传统开关型半主动控制方法的基础上,提出了一种线性连续型天棚-加速度阻尼(skyhook-acceleration driven damping,SH-ADD)控制算法,用于提高半主动悬架在中高频区域内的控制效果。以国内某型高速动车组列车为原型,建立了两自由度1/4车横向动力学模型,用于设计改进的线性连续型SH-ADD半主动控制策略。以乘坐舒适性为控制目标,分别采用单频谐波激励和宽频轨道不平顺激励进行仿真,对不同控制策略作用下的系统振动特性进行对比分析。采用整车模型对控制算法进行了舒适度验证。研究结果表明:相比改进前的控制策略,新型半主动控制策略在高频范围内的振动控制效果更好。     

基于改进遗传算法的半主动悬架系统模糊控制优化研究

该文利用ADAMS 软件建立了汽车半主动悬架系统多体模型,通过ADAMS/Control 模块将悬架模型从ADAMS/View中导入MATLAB/Simulink 环境中,然后,完成模糊控制器的设计。模糊控制器的模糊规则由Matlab语言编写的改进遗传算法进行优化,实现汽车半主动悬架系统多体模型模糊控制器的改进遗传算法优化设计。为了检验模糊控制器的控制效果和改进遗传算法的优化性能,在C级路面下,以25m/s和35m/s两种不同车速对半主动悬架系统和被动悬架系统进行对比分析。仿真结果表明:基于改进遗传算法的半主动悬架系统模糊控制能够显著改善汽车的行驶平顺性。     

基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架模糊控制

针对磁流变悬架的非线性以及动力学模型的不确定性,提出一种基于混合田口遗传算法的磁流变半主动悬架整车模糊控制策略。首先建立了基于磁流变减振器的整车动力学模型,并将车辆的振动控制分解垂向振动、俯仰、侧倾三个基本任务设计模糊控制器,进而设计了隶属函数和模糊控制规则;接着引入混合田口遗传算法实现对模糊控制器的隶属函数和模糊控制规则同时优化;最后进行实车道路试验来验证控制策略的有效性。试验结果表明,基于混合田口遗传算法的模糊控制能够降低确定路面激励下车身加速度峰峰值,降低随机路面激励下的加速度均方根值,显著提高车辆的平顺性,其控制效果要优于优化前的模糊控制策略。     

迭代学习控制策略在连铸结晶器振动系统中的应用

结晶器振动控制是连铸工艺的关键性环节,针对其液压控制系统具有非线性、时变和模型结构不确定性等特点,提出一种连铸结晶器液压振动系统复合控制解决方案:由位移传感器和PID(Proportion integration differentiation controller)控制器构成抗扰动的内环系统;外环由迭代学习控制器(Iterative learning controller,ILC)单元构成结晶器液压振动系统,以保证系统的跟踪性能。通过电液系统的设计计算和MATLAB的仿真分析,检验了ILC控制方案的动态跟踪效果。在此基础上,将其投入控制运行。结果表明:该控制方案具有鲁棒性强、动态性能好等优点,取得了良好的生产使用效果。