随机结构主动控制系统的鲁棒控制研究

针对随机结构的鲁棒控制问题,基于随机结构正交展开理论和线性矩阵不等式(LMI),提出了随机结构的鲁棒H_∞控制系统设计方法。该方法以随机结构的正交展开扩阶模型为基础,结合有界实引理和线性矩阵不等式,建立鲁棒控制系统,并使得控制系统传递函数对不确定性扰动满足H_∞干扰抑制。以某典型随机结构模型为例,结合概率密度演化方法,分析比较了两类常用鲁棒H_∞控制系统设计方法与所述方法的差异,验证了所述方法的有效性和鲁棒性。     

不确定结构输出反馈H_∞保性能鲁棒分散控制研究

为了有效处理土木工程结构分散振动控制中模型参数不确定性对系统性能的影响,提出了同时满足多个控制目标的输出反馈H_∞保性能鲁棒分散控制算法。基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式方法,给出并证明了H_∞保性能鲁棒分散控制器存在的充分条件,在此基础上,采用变量替换方法,建立了输出反馈H_∞保性能鲁棒分散控制算法,进而通过引入约束条件,将其转化为具有线性矩阵不等式约束的凸优化问题。针对一12层结构进行分散控制设计、集中控制设计及仿真分析。结果表明,对于具有较大不确定性的结构,输出反馈H_∞保性能鲁棒分散控制算法较传统线性二次高斯集中控制算法有更理想的控制效果。     

基于μ综合的整车主动悬架鲁棒控制研究

针对悬架系统参数不确定性及传感器量测噪声干扰等原因易导致主动悬架控制系统鲁棒性差,以及考虑到整车模型能更准确反映车辆振动响应,且μ综合能针对多个不确定量进行低保守性控制,开展了基于μ综合的整车主动悬架鲁棒控制研究。首先,考虑了弹簧刚度、减振器阻尼以及执行电机的时间常数等12个参量的不确定性,运用线性分式变换建立了含不确定性系统动力学模型,通过实车试验,验证了动力学模型的准确性;然后,基于μ综合控制方法,设计了参数摄动系统鲁棒控制器,控制系统结构奇异值上下界显示系统具有良好的鲁棒稳定性及鲁棒性能;最后,通过频域响应和时域响应分析,以及与H_∞控制效果对比分析,表明在多参数摄动的情况下,μ综合控制在保证鲁棒稳定性及鲁棒性能的前提下能更有效地提高车辆平顺性及安全性。     

考虑频域不确定性的结构H∞鲁棒控制

针对高阶结构系统不便直接进行控制器设计的问题,建立基于结构降阶模型和频域不确定性的H∞鲁棒控制设计方法,给出系统满足鲁棒稳定性和鲁棒性能所需的条件,并利用频域不确定性影响灵敏度和干扰抑制灵敏度的混合灵敏度方法设计出H∞控制器。为说明该方法的有效性,对三自由度结构振动系统进行H∞控制数值模拟,并与常用的LQR最优控制方法进行比较,结果表明由于考虑了降阶模型的频域不确定性,对高频截断模态没发生控制溢出现象,因而具有对模型误差的鲁棒性,而LQR方法有较为明显的控制溢出现象。     

直流伺服电机不确定性系统鲁棒控制器研究

针对电机参数变化、外界扰动及建模误差等引起的模型不确定性,基于μ控制理论,尝试设计具有较强鲁棒性的直流伺服电机速度控制系统.首先通过引入虚拟不确定块等将系统鲁棒性能问题转化为鲁棒稳定性问题;然后依据干扰抑制理论,将直流伺服电机速度控制系统的设计转化为一般框架内的μ控制问题,并通过求解适当的加权函数使控制系统的性能满足设计要求;最后运用D-K迭代的μ合成算法求得17阶μ控制器,并运用Hankel奇异值及主导极点法予以简化.鲁棒性能分析及仿真结果表明:所设计的4阶μ控制器性能优异,对电机参数等的摄动具有较强的鲁棒性.     

低频时变时滞悬架系统的动态输出反馈鲁棒H_∞多目标控制

在实际的悬架系统主动控制当中,由于控制器存在时变时滞因素,而低频输入时滞对系统的稳定性及性能有很大影响。针对该问题,综合考虑系统的参数不确定性及执行器的时变时滞因素,使车身加速度在路面干扰下的H_∞范数在全频域内达到最小,同时保证控制力的非线性饱和,行驶平顺性,接地性等时域硬约束条件,设计了基于动态输出反馈的鲁棒H_∞控制器,并提出一种描述质量不确定性的匹配模型。采用Lyapunov-Krasovskii泛函法,通过引入松弛矩阵给出满足条件的凸组合不等式,减少了设计的保守性,应用LMI技术推导出H_∞控制准则。最后,通过数值实例验证了该方法对于参数摄动下的低频时变时滞悬架系统控制性能的有效性。     

重载车辆油气悬架不确定分析及H∞控制器设计

重载车辆由于路况和行驶工况的复杂性,使系统不确定性不能忽略,因此,在悬架控制器设计时对系统不确定的考虑应该引起特别的重视。利用线性分式变换理论对二自由度车辆油气主动悬架系统进行不确定建模分析,通过H∞控制和结构奇异值理论,设计了满足系统要求的鲁棒H∞控制器。结果表明,在给定的不确定范围内,鲁棒H∞控制器在满足系统名义性能的同时,油气主动悬架闭环系统获得了较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

压电智能板结构的鲁棒非脆弱H∞振动控制

研究了压电智能板结构的非脆弱H∞鲁棒振动控制问题,在导出其有限元运动微分方程后,对其进行解耦,在状态空间中利用最小实现和平衡降阶法对其进行降阶处理.考虑其被控模态参数的不确定性,建立了模态参数不确定性模型.基于线性矩阵不等式(LMI)方法,设计鲁棒非脆弱H∞状态反馈控制器.以智能悬臂板结构为例表明了该方法的有效性.     

不确定结构振动的保成本鲁棒PID控制

研究了不确定结构振动的保成本鲁棒FID控制器设计问题。针对结构模态阻尼比及模态频率的不确定性，同时结合FID控制、保成本控制和H∞控制的优点，提出一种保成本鲁棒FID控制的设计方法，PID控制器的参数整定问题转化为线性矩阵不等式凸优化问题的求解。通过悬臂梁的仿真算例验证了该方法的可行性和有效性。     

不确定关联奇异系统分散鲁棒H∞控制

本文研究了不确定关联奇异系统的分散鲁棒H∞控制问题.假定不确定性是时不变、范数有界,且存在于系统和控制输入矩阵中.基于有界实引理,推导出了使不确定关联奇异系统能鲁棒镇定,且满足一定的性能指标的充分条件,即非线性矩阵不等式条件.采用两步同伦法迭代来求解该非线性矩阵不等式(NMI).首先,通过逐步对控制器的系数矩阵加上结构限制,计算出当确定性不存在时的标称系统的分散H∞控制器.然后,逐步改变标称系统分散控制器的系数,计算出不确定性参数存在时,分散鲁棒H∞控制器.在每一阶段,每一次迭代过程中,通过交替固定NMI的一个变量,使NMI转变为线性矩阵不等式(LMI).数值例子说明了所提出的方法的有效性.     

振动系统复合摄动的鲁棒H^∞控制李普

应用H^∞控制原理,研究了具有复合摄动的振动响应的主动控制系统对外扰响应衰减的鲁棒控制设计问题,提出了设计鲁棒控制器的方法,其思路是：先选取鲁棒加权函,虚拟评价函数,将复合摄动问题的鲁棒性能设计转化为参数不确定系统的鲁棒性能设计,然后将参数不确定问题转化为标准H^∞控制问题求解,数值仿真表明,本文的方法对复合摄动具有 的鲁棒性,同时能有效抑制外扰。     

降阶的主动质量阻尼结构控制方法

输出反馈H_∞优化控制方法具有较好的鲁棒性能和对最坏情况下的控制效果,是当前建筑结构控制算法的主要研究方向之一.在高层建筑结构控制系统中结构自身的维数和输出权函数的引入,使得控制系统的维数大大增加.从而造成系统过于复杂、计算速度降低、控制滞后等现象.本文综合应用输出反馈H_∞优化控制和平衡模态降阶的方法对主动质量阻尼(AMD)结构控制系统进行分析研究,提出了一种降阶的H_∞优化控制方法.     

车辆悬架不确定性对行驶平顺性能影响的鲁棒保守性分析

车辆悬架系统中参数不确定性和未建模动态不确定性的存在,使鲁棒控制器的设计显得尤为重要,可是,由于系统设计中对模型不确定性处理的方法问题,导致闭环系统设计的鲁棒保守性增大,进而低估了车辆平顺性的鲁棒性能.通过线性分式变换理论对二自由度车辆主动悬架系统进行混合不确定建模分析,利用混合μ分析方法有效的降低了H∞控制和复数μ综合控制设计鲁棒控制器的保守性,使得车辆主动悬架系统的鲁棒性得到更好的保证.     

一类非线性不确定结构系统的鲁棒饱和主动控制

对一类非线性不确定结构系统研究了在外部干扰下的鲁棒饱和主动控制策略.将质量、阻尼、刚度矩阵都存在不确定的结构系统描述为一种不确定中立系统,采用鲁棒饱和主动控制策略,提出基于线性矩阵不等式的代数解.通过提出的控制方法同时保证了结构系统在模型和参数摄动下以及在控制变量和扰动存在非线性不确定性时的鲁棒稳定.最后通过对一个4层建筑大楼在地震波作用下的主动振动控制仿真证明了该方法的有效性.     

小区间参数不确定性高阶系统的振动控制研究

针对复杂高阶不确定性系统的鲁棒H∞振动控制难题,基于小区间参数不确定性系统降阶方法的研究,系统地给出了包含降阶对象的构建、不确定性系统的降阶、鲁棒控制器的求解以及鲁棒性验证等在内的一整套研究策略和分析方法。为保障整个分析和求解过程的顺利进行,分析了高阶矩阵指数函数一阶偏导数求解困难的根源以及利用数值微分法的解决策略,并给出了一类维数较小的不确定性矩阵分解方法。最后通过算例表明了整个分析过程和求解方法的合理性和可行性。     

基于声辐射模态的有源结构声辐射系统鲁棒H∞控制

以简支板为例,在考虑参数不确定性的情况下,对基于时域声辐射模态的有源结构声辐射系统进行了鲁棒H∞控制研究.首先基于声辐射模态理论,建立了包含不确定性的状态空间模型,然后引入虚拟性能指标将其转化为标准H∞控制模型求解了鲁棒H∞输出反馈控制器.最后进行了仿真计算,结果表明该方法具有较强的稳定鲁棒性和性能鲁棒性.     

机敏约束层阻尼H_∞混合灵敏度控制研究

以SCLD对边约束板结构为研究对象,采用H_∞混合灵敏度控制算法对机敏约束结构振动主动控制问题展开研究;基于有限元单元法,引入GHM模型建立了系统的动力学模型。采用动力缩聚和内平衡相结合的降阶方法,获得了可控可观的控制模型。提出H_∞混合灵敏度控制算法加权函数选取方法并设计出H_∞鲁棒控制器。最终在不同外扰激励下对实际控制效果进行了试验验证。结果表明:根据所设计出的鲁棒H_∞控制器对板结构主动控制取得良好的效果,衰减正弦激励振动响应幅值≈40%,衰减白噪声激励振动响应均方根值18%。     

线性振动系统的鲁棒H^∞控制

研究了含有参数不确定性的线性振动系统的鲁棒Ｈ∞控制，折衷考虑振动系统的外激励干扰衰减和振动系统参数摄动的鲁棒性问题。并设计一高层建筑结构振动控制的鲁棒调谐质量阻尼器（ＴＭＤ），数值仿真结果表明，与ＬＱＧ控制设计相比，采用鲁棒Ｈ∞控制技术设计的振动主动控制系统，对振动系统参数摄动具有较强的鲁棒性，同时能更有效地抑制持续的振动外激励。     

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