考虑混合不确定性的柔性结构振动主动控制

论文摘要

柔性结构由于阻尼小、柔性大,在受到外扰及内部激励时易产生振动,为满足性能要求,需要进行振动主动控制。但在柔性结构系统建模过程中,存在多种参数不确定性且容易忽略高阶动态不确定性。系统运行时来自传感器的噪声及作动器激励时的附加扰动,也会影响系统的性能。因此本文研究了具有混合不确定性的柔性结构鲁棒振动主动控制问题。首先基于结构奇异值理论,根据柔性结构的振动特性和控制目标合理选择加权函数,隔离各种摄动,建立广义柔性结构控制系统。以平面的柔性索杆结构和空间的张拉整体机构为例,应用D-K迭代与性能调整结合的方法进行了μ控制器设计,同时设计H∞控制器作为比较。仿真表明,在作动力允许的范围内,μ控制器设计能够保证具有混合不确定性的柔性结构闭环系统稳定,能够有效地抑制外界扰动,并具有较好的鲁棒性能,避免了H∞控制在处理此类问题上的保守性。体现了μ综合方法在处理具有混合不确定性的柔性结构振动主动控制问题上的有效性和优越性。其次,本文研究平衡截断实现柔性结构μ控制器的降阶方法,通过仿真实例表明降阶μ控制器能够保证原闭环系统稳定并满足鲁棒性能要求,降低了μ控制器实现的复杂性。最后,基于分散控制的基本原理,针对串联式互联模型提出了简化子系统模型,探索了分散控制与H∞、μ方法等鲁棒控制技术的结合,应用于张拉整体结构的分散振动主动控制,取得了良好的控制效果,并且分析表明与μ综合方法结合更有利于提高分散控制的局部控制效果。文中工作可为柔性结构振动主动控制的应用提供有益指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 柔性结构振动主动控制的意义及现状
• 1.3 本论文的主要研究工作
• 第二章 柔性结构系统建模与鲁棒性能设计
• 2.1 引言
• 2.2 主动控制动力学方程的建立
• 2.2.1 结构振动分析及控制的状态空间方法
• 2.2.2 模态坐标系下结构振动分析及控制的状态空间方法
• 2.3 不确定性分析
• 2.3.1 参数不确定性
• 2.3.2 未建模动态不确定性
• 2.4 鲁棒性能分析与μ综合
• 2.4.1 系统的鲁棒性能
• 2.4.2 μ综合基本理论
• 2.5 μ综合设计
• 第三章 平面柔性索杆结构的鲁棒振动控制
• 3.1 引言
• 3.2 控制器设计
• 3.2.1 柔性结构不确定性分析
• 3.2.2 H∞输出反馈控制
• 3.2.3 μ综合设计
• 3.3 控制指标和加权函数
• 3.4 仿真结果
• 3.4.1 考虑模型输入不确定性的控制仿真
• 3.4.2 考虑混合不确定性的控制仿真
• 3.4.3 作动器作动力分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 空间张拉整体结构的鲁棒振动控制
• 4.1 引言
• 4.2 张拉整体结构的控制系统建模
• 4.3 不确定性分析
• 4.4 μ综合控制器设计
• 4.4.1 加权函数的选取
• 4.4.2 鲁棒性能分析及仿真
• 4.4.3 降阶控制器
• 4.5 本章小结
• 第五章 分散控制
• 5.1 引言
• 5.1.1 分散控制的发展
• 5.1.2 分散控制的优缺点
• 5.2 分散控制系统
• 5.2.1 分散控制系统建模
• 5.2.2 空间互联系统
• 5.3 张拉整体结构分散控制
• 5.3.1 控制模型建立
• 5.3.2 仿真实例
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文完成的主要工作和结论
• 6.2 今后工作的展望
• 致谢
• 参考文献