倒立摆线性二次型最优控制方法研究

为优化倒立摆控制性能,提高系统响应的快速性和稳定性,研究了线性二次型最优控制方法。应用动力学分析方法建立单级倒立摆线性状态空间模型,设计线性二次型控制器(LQR);应用Matlab软件中LQR函数,确定倒立摆闭环控制系统状态反馈向量及最优控制目标函数,完成线性二次型状态反馈控制系统设计。时间响应分析及动态仿真结果表明,基于LQR函数设计的线性二次型状态反馈控制系统,阶跃响应上升时间2 s,调节时间5 s,实现了单级倒立摆快速、稳定控制。     

车辆磁流变半主动悬架GSA-LQG控制研究

针对传统的线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian, LQG)控制器存在各加权矩阵系数不易确定等问题,对于车辆磁流变半主动悬架设计了基于引力搜索算法(Gravity Search Algorithm, GSA)的线性二次型高斯(GSA-LQG)控制。以悬架各性能指标为目标函数,采用引力搜索算法对加权矩阵系数进行寻优。选用磁流变阻尼器(Magnetorheological Damper, MRD)作为悬架的半主动部件,同时建立二自由度的1/4车辆磁流变半主动悬架系统模型。以随机路面激励作为输入,在MATLAB/Simulink软件中分别对被动悬架控制、基于LQG控制的车辆磁流变半主动悬架和基于GSA-LQG控制的车辆磁流变半主动悬架进行仿真分析,结果表明,基于GSA-LQG控制的车辆磁流变半主动悬架具有更好的舒适性能和安全性能。     

基于混沌最优控制的二级倒立摆的实验研究

为解决LQ控制多变量系统时,权矩阵参数难以确定的问题,在引入一种与系统动态性能密切相关的性能指标基础上,提出混沌全局粗搜索和局部细搜索相结合优化LQ控制二级倒立摆.该方法既是线性二次型泛函意义下的最优,又能解决具有快速、强非线性、绝对不稳定系统的控制问题.二级倒立摆实验结果证实了该方法的有效性.     

汽车电子节气门节能优化控制方法

为解决存在建模误差以及外部扰动状态下电子节气门的优化控制问题,提出了一种基于线性二次型的最优滑模控制方法.首先,根据电子节气门工作原理建立其非线性数学模型,并推导出误差状态方程.而后,以输出误差和输入控制量为性能指标,根据模型线性部分设计了优化控制器.进而,对模型非线性部分进行了分析,基于滑模控制理论设计了补偿控制器....     

基于线性二次型的双闭环直流调速系统设计

传统的双闭环直流调速系统设计中,为了简化计算,进行了许多近似处理,这就使得设计出的系统性能指标往往与理想值有一定的差距,做不到最优设计。针对这个问题,提出了一种基于线性二次型的调节器设计方法。在未知调节器结构的情形下,运用线性二次型理论建立调速系统的数学模型,再与标准的数学模型相对比,即可得到电流、转速调节器的表达形式及最优参数。仿真结果表明,采用此方法设计出的调速系统不仅转速跟踪性能优良,还具有较强的抗扰性能和鲁棒性。     

不确定离散模糊系统的保性能控制

对一类具有范数有界、时变参数不确定性的离散模糊时间系统和一个二次型性能指标的保性能状态控制律的设计问题进行研究。通过采用线性矩阵不等式的方法，导出了存在保性能控制律的一个充要条件，证明了该条件等价于一组线性矩阵不等式的可解性问题，并用这组线性矩阵不等式的可行解给出了保性能控制律的一个参数化表示。在此基础上，通过建立并求解一个凸优化问题，给出了保性能控制律的设计方法。     

系统可靠性灵敏度分析方法及其应用研究

基于已有的单个失效模式可靠性灵敏度分析,建立多模式串、并联系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度分析方法,着重研究多模式并联系统可靠性灵敏度分析的近似方法.该方法以数字模拟为基础,根据样本点对系统失效概率的贡献,对计算失效概率的所有样本点进行筛选,并由筛选出的样本点线性回归模拟并联系统失效域,得到等价的单个线性极限状态方程,从而将多模式并联系统的可靠性灵敏度分析等价转换为单个模式的灵敏度分析.对于多模式串联系统的可靠性灵敏度分析,文中采用的方法是将串联系统的失效概率精确转换成单个模式失效概率与多个模式并联系统失效概率的代数和,然后逐项进行灵敏度分析,进而得到串联系统的可靠性灵敏度.对于结构系统的极限状态方程含有复杂综合随机变量的灵敏度分析问题,提出一种基于二次回归分析的近似处理方法,通过推导的综合随机变量分布参数对基本变量分布参数的偏导数公式和复合函数求导法则,最终得到复杂多模式系统失效概率对基本变量分布参数的灵敏度.文中用理论数值算例验证所提算法的精度与可行性,并将所提方法推广应用到工程算例中,验证其工程应用价值.     

内燃机活塞点阵结构可靠性拓扑优化设计

针对内燃机活塞轻量化设计问题,提出一种基于可靠性拓扑优化的活塞点阵结构设计方法,分解为可靠性分析和确定性拓扑优化两部分分别进行求解。考虑以最小化质量为目标函数、最大应力为约束条件,建立活塞点阵结构可靠性拓扑优化数学模型。根据一次二阶矩方法将失效概率约束转变为可靠性指标约束,进而将随机变量转化为标准正态变量,根据随机变量相对于性能指标的敏度信息,进行随机变量修正并进行确定性拓扑优化设计。最后,以某型发动机活塞为例,进行确定性点阵设计与可靠性点阵设计对比研究。结果表明,相较于确定性设计,可靠性活塞点阵模型在考虑随机变量的影响下,性能更加可靠;且其质量相较于原活塞模型降低11.8%,满足活塞轻量化的设计需求。     

非整数阶系统可靠性模型

零件的失效程度为[0，1]之间的连续随机变量．系统失效程度为零件失效程度的函数，该函数亦为连续函数。将零件的失效程度变量与系统失效程度函数分别进行离散化．用离散变量代替零件的失效程度变量，用判定表代替系统失效程度函数，对文献[1]进行扩展，建立了同时适用于线性和非线性累积失效系统的非整数阶系统可靠性模型。算例解释了该理论模型的使用方法。并用线性累积失效系统验证了该方法的正确性。     

基于磁流变阻尼器的车辆半主动悬架GA-LQR的研究

传统的线性二次型最优控制(LQR)策略可提升车辆乘坐舒适性及操作稳定性,因此广泛应用在车辆半主动悬架中.对车辆半主动悬架用磁流变阻尼器(MRD)进行阻尼特性试验,并采用Bouc-Wen模型建立MRD的力学模型.为确定Bouc-Wen模型中的未知参数,利用遗传算法(GA)对其进行参数辨识.结合所辨识的Bouc-Wen模型,建立1/4车辆磁流变半主动悬架模型.针对LQR控制器存在的加权矩阵Q和R的取值易受主观因素影响的问题,设计了一种基于遗传算法的线性二次型最优控制(GA-LQR)控制器.以随机路面激励作为输入,分别对被动悬架、基于LQR的磁流变半主动悬架和基于GA-LQR的磁流变半主动悬架进行仿真分析,结果表明,基于GA-LQR的磁流变半主动悬架具有更好的乘坐舒适性及操作稳定性.