基于遗传算法的LQR算法中权矩阵的优化分析

LQR控制算法是目前结构主动控制设计分析时最广泛采用的方法。在LQR算法中,权矩阵Q和R的选取直接影响着结构的动力反应和控制力。目前如何确定最优形式和大小的Q和R以获得全局最优控制力仍然是个难题。采用遗传算法,在一定的目标函数下对LQR算法中权矩阵Q和R进行优化,使其控制效果能够满足结构性能要求,并对优化结果下的动力反应进行了分析比较和结果的验证。     

结构减震的稳定时滞LSSVM-LQR智能控制算法

针对时滞LSSVM-LQR智能控制算法存在的稳定性问题,提出相关的稳定性控制算法,以确保时滞LSSVM-LQR智能控制算法的鲁棒性。该算法的主要思路为：在时滞LSSVM-LQR控制算法中,加入控制力限制条件。当满足控制力限制条件时,控制程序继续运行;当不满足控制力限制条件时,控制程序自动跳出,便执行稳定性控制算法（或称为稳定/鲁棒的时滞LSSVM-LQR智能控制算法）。稳定性控制算法主要是通过调整反馈来控制作动器运行,从而确保控制系统的稳定性。数值结果表明,稳定性控制算法能够有效地保证时滞LSSVM-LQR智能控制算法的稳定性/鲁棒性;与时滞LSSVM-LQR智能控制算法相辅相成。     

动调频液柱阻尼器基于遗传算法的LQR控制优化设计

ATLCD由调频液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper,TLCD)发展而来,在TLCD液柱端部连接气压控制箱,通过引入控制气压对结构实施主动控制。采用被动TLCD优化设计方法设计阻尼比及频率比,采用LQR算法确定ATLCD系统的主动控制力,并对LQR算法中权矩阵采用遗传算法进行优化。以一五层钢框架结构为例,顶层装ATLCD用LQR算法进行主动控制,加载El-Centro地震波进行时程响应分析,比较无控结构及被、主动控制结构的时程响应结果表明,采用ATLCD的减振效果明显优于采用被动装置。     

隔震结构基于灰色预测的振动最优控制

提出对隔震结构实施灰色预测即时控制，采用GM（1，1）模型，推导结构状态向量的灰色预测方程，结合线性二次型最优控制理论（LQR），设计了隔震结构的即时预测控制方案，并研究了其振动控制性能。研究结果表明：对隔震结构再实施主动控制具有控制力小且控制效果好；采用灰色预测控制能有效减小结构振动控制的时滞影响。     

磁流变半主动悬架的泰勒级数-LQG时滞补偿控制方法

提出一种泰勒级数-LQG控制方法进行磁流变半主动悬架时滞补偿控制。该方法利用泰勒级数对LQG控制求取的理想控制力进行时滞补偿,以使磁流变减振器的实际输出力逼近理想半主动控制力。在解析直接结合泰勒级数的LQG控制不能正常工作原因的基础上,提出了一种实用的泰勒级数-LQG控制设计方法,使得LQG控制结合泰勒级数之后LQR函数能够顺利运行。针对时滞较大时泰勒级数对控制的放大现象,并考虑到磁流变减振器性能和成本之间的平衡,以满足99%的减振控制要求确定磁流变减振器库伦阻尼力的幅值。以Smith Predictor-LQG(SLQG)控制方法为比较对象,通过仿真实例验证了泰勒级数-LQG控制方法具有良好的磁流变半主动悬架时滞补偿效果。     

基于PD结合输入整形控制的含有刚性模态弹性机构的力及能耗分析

高速轻型机构在大幅度刚性运动的同时弹性构件存在着弹性变形,从而产生残留振动,导致刚性体运动与弹性体运动相互耦合,使整个系统难以精确定位。在研究含有刚性模态弹性机构的动力学特性的基础上,将时滞环节引入控制系统中,提出PD结合输入整形控制策略,研究在阶跃输入信号作用下PD结合输入整形控制系统的振动特性,分析输入整形对系统控制力和能耗的作用规律。在相同反馈增益的情况下,与PD反馈控制相比较,PD结合输入整形控制系统控制力降低56%,能耗降低47%,同时提高了系统的响应速度。     

基于位移反馈控制的主动增加时滞补偿方法及其试验验证

时滞是结构振动主动控制系统中普遍存在的现象,时滞不仅会降低控制系统的性能,严重时会造成系统失稳、控制发散。针对此问题,本文研究以下三方面内容：首先基于单自由度系统时滞的稳定性理论分析,确定系统最大允许时滞量的解析解,该阈值可以作为确定何时应用时滞补偿技术的一个评判指标;其次,当作动器实际时滞量大于最大允许时滞量时,常规时滞补偿方法将会失效,提出了基于位移反馈的主动增加时滞的补偿新方法,并定性结合定量详细分析了主动控制算法的参数影响规律;最后,以单层剪切型框架结构为被控对象,进行了多种输入激励下基于位移反馈的主动增加时滞补偿试验验证。大量仿真分析和试验结果表明本文所提方法能够在保证系统稳定性的同时获得一定可观的控制效果     

基于降阶模型的水下结构振动主动控制仿真及实验研究

基于降阶模型对水下结构振动的主动控制进行了仿真及实验研究,并取得了较好的抑制振动的效果。基于结构在可压缩流体加载下的无阻尼实模态矩阵建立了水下结构的降阶模型,由于维数的降低,进而能够设计出相对简化的主动控制系统,减少传感器和作动器的数量。通过线性二次型最优控制和结构主动变刚度控制两种方法对水下结构振动进行了主动控制仿真,均使结构振动有所下降。仿真结果显示线性二次型最优控制能够降低结构振动的峰值,而结构主动变刚度控制能够将结构的固有频率按照需要进行改变。还通过水下平板振动主动控制模型实验,验证了主动控制技术对水下结构的减振效果。     

线性时滞系统的离散滑模砰砰控制方法

将滑模控制和最优砰砰控制相结合,给出了线性时滞系统的离散滑模砰砰控制方法。考虑到实际中作动器难以适应正负极值控制力间的快速切换,给出了改进的离散滑模砰砰控制方法。考虑到在地震过程中作动器无需一直对结构施加控制,给出了改进的条件离散滑模砰砰控制方法。另外文中还通过算例给出了确定作动器最大控制力的近似方法。算例结果表明,所提出控制方法能够有效地减小结构地震作用下的峰值响应,控制效果优于经典的LQR控制方法,而且所给控制方法对结构固有参数变化具有较好的鲁棒性。     

基于LQR的磁流变阻尼器的离散半主动控制

目前的结构半主动控制多以位移和速度作为状态反馈参数,从而得到结构的最优控制力,这样造成了测量困难、数据传输困难和布线复杂等问题,严重影响了实际工程中的应用。本文提出了基于结构层间相对位移和相对速度的离散控制算法,此算法通过附加于磁流变阻尼器上的位移计测量得到相对位移,进而微分得到相对速度,并用此数据独立确定本楼层的最优控制力。数值算例表明本文提出的算法对结构有较好的减震效果,具有较高的工程应用价值。     

改进型负输入整形与最优控制结合的振动抑制方法

针对诸如柔性机械臂这类柔性系统的主动振动控制问题,提出了基于改进型负输入整形和最优控制结合的振动抑制方法。以柔性机械臂为研究对象,设计最优状态反馈控制实现其旋转机动任务及柔性振动抑制。为增强柔性振动抑制效果和改善系统的运动时间,根据引入线性二次型调节器(LQR)反馈后整个闭环系统的振动频率和阻尼比设计改进型负输入整形器作为前馈控制器。将前馈控制与反馈控制相结合能发挥其各自的优点,提高系统的性能。仿真分析结果表明,所设计的混合控制策略可以有效地抑制柔性振动,且可以减少系统响应时间的延迟和加快系统响应速度。     

有约束随动系统控制策略研究

提出了一种新的有约束的复杂随动系统--小碗摆球系统,并针对该系统利用达朗伯静力学的方法进行了建模。在讨论了系统能控和能观性的基础上分别采用状态反馈的极点配置法和基于遗传算法的LQR最优控制2种方法进行了实际系统控制效果的实验对比,通过对比可知极点配置的状态反馈控制器具有更好的鲁棒性和瞬态特性,而遗传算法优化的LQR控制具有更好的稳态特性,以及更短的调节时间。同时在参数选择方面相比于极点配置试特征值的方法,遗传算法优化LQR控制控制器更有针对性,便于实际的应用操作。     

An approach for the aging process optimization of Al–Zn–Mg–Cu series alloys

A new model based on least square support vector machines (LSSVM) and capable of forecasting mechanical and electrical properties of Al–Zn–Mg–Cu series alloys has been proposed for the first time. Data mining and artificial intelligence techniques of aluminum alloys are used to examine the forecasting capability of the model. In order to improve predictive accuracy and generalization ability of LSSVM model, a grid algorithm and cross-validation technique has been adopted to determine the optimal hyper-parameters of LSSVM automatically. The forecasting performance of the LSSVM model and the artificial neural network (ANN) has been compared with the experimental values. The result shows that the LSSVM model provides slightly better capability of generalized prediction compared to back propagation network (BPN) in combination with the gradient descent training algorithm. Considering its advantages of the computation speed, unique optimal solution, and generalization performance, the LSSVM model is therefore considered to be used as an alternative powerful modeling tool for the aging process optimization of aluminum alloys. Furthermore, a novel methodology hybridizing nondominated sorting-based multi-objective genetic algorithm (MOGA) and LSSVM has been proposed to make tradeoffs between the mechanical and electrical properties. A desirable nondominated solution set has been obtained and reported.     

Time-delay stochastic optimal control and stabilization of quasi-integrable Hamiltonian systems

Innovative procedures for the time-delay stochastic optimal control and stabilization of quasi-integrable Hamiltonian systems subject to Gaussian white noise excitations are proposed. First, the problem of time-delay stochastic optimal control of quasi-integrable Hamiltonian systems is formulated and converted into the problem of stochastic optimal control without time delay. Then the converted control problem is solved by applying the stochastic averaging method for quasi-integrable Hamiltonian systems and the stochastic dynamical programming principle. The time-delay feedback stabilization of quasi-integrable Hamiltonian systems is formulated as an ergodic control problem with an un-determined cost function which is determined later by minimizing the largest Lyapunov exponent of the controlled system. As an example, a two-degree-of-freedom quasi-integrable Hamiltonian system with time-delay feedback control forces is investigated in detail to illustrate the procedures and their effectiveness.     

Active vibration control of composite plate with optimal placement of piezoelectric patches

The active vibration control of a composite plate using discrete piezoelectric patches has been investigated. Based on first order shear deformation theory, a finite element model with the contributions of piezoelectric sensor and actuator patches to the mass and stiffness of the plate was used to derive the state space equation. A global optimization based on LQR performance is developed to find the optimal location of the piezoelectric patches. Genetic algorithm is adopted and implemented to evaluate the optimal configuration. The piezoelectric actuator provides a damping effect on the composite plate by means of LQR control algorithm. A correlation between the patches number and the closed loop damping coefficient is established.     

高超声速机翼颤振的LQR主动控制系统设计

基于LQR（Linear Quadratic Regulator）方法研究了高超声速机翼颤振的主动控制系统的设计。首先，针对同时具有结构立方非线性和气动非线性的高超声速飞行器的二元机翼模型，通过对其在零平衡点的特征值进行分析，得到系统的Hopf分叉点。然后确定系统的性能指标，基于LQR方法设计了高超声速机翼颤振主动控制系统，有效地抑制了Hopf分叉点处持续振荡的颤振，算法简单，易于工程实现。最后通过仿真验证了控制方法的有效性。     

反馈精英鲸鱼优化算法优化LSSVM的热耗率软测量建模

提出一种基于反馈精英鲸鱼优化算法(FEWOA)和最小二乘支持向量机(LSSVM)的综合建模方法。首先,针对鲸鱼优化算法(WOA)寻优精度低的问题,提出了反馈精英WOA算法,通过精英策略对当前最优解进行变异操作以避免算法陷入局部最优解;同时,在鲸鱼位置更新后期增加反馈阶段,提高算法的全局搜索能力。数值仿真实验验证了FEWOA算法的优越性。在此基础上,提出了基于FEWOA优化LSSVM的热耗率软测量模型。最后采用某汽轮机组现场收集的运行数据建立汽轮机热耗率预测模型,将FEWOA-LSSVM模型预测结果与其它模型预测结果相比较,结果表明,FEWOA-LSSVM预测模型更能准确地预测汽轮机的热耗率。     

结构振动AMD控制系统主动控制力特征指标与分析

首先提出了定量化研究结构振动的主动质量驱动AMD(Active Mass Driver)控制系统主动控制力方向等特征的一系列指标,包括表征主动控制力与质量块相对运动速度和相对运动位移等的方向关系、主动控制力与AMD子系统惯性力峰值和均方值的比例关系等指标。其次以一个单自由度结构受AMD系统控制为分析对象,设计三组代表性工况进行数值分析,采用经典线性二次型最优LQR(Linear Quadratic Regulator)控制算法,研究了AMD系统主动控制力特征指标、结构振动控制效果与控制算法参数和系统输入荷载等的相互关系,系统地分析和总结了AMD系统主动控制力特性及其控制效果影响因素。最后基于定量和定性分析结果,得出不能采用半主动变阻尼控制装置取代AMD系统中的作动器来实现主动控制的结论。