基于平衡降阶法的结构振动模态预测控制

针对高层建筑结构由于数学模型阶数较高而带来的难以直接进行控制器设计的问题,采用平衡降阶法对结构模型进行降阶,将可控度较大的几阶模态组装成状态方程;并对地震加速度进行在线预测,从而建立起考虑时滞现象的预测模型,通过滚动优化和反馈校正环节求取主动控制律,对结构实施预测控制。最后对十一层框架结构进行地震响应分析,仿真结果表明,该算法不但有效的抑止了结构的响应,而且很好的解决了时滞问题。

区间参数不确定性系统的平衡降阶

针对平衡降阶过程,研究了当不确定参数的区间半径很小时由原系统的不确定性求解降阶后系统不确定性的方法;通过正交变换获得实对称矩阵的特征对,在求解矩阵指数灵敏度和实对称矩阵特征对灵敏度的基础上,获得了平衡变换矩阵的灵敏度,进而利用一阶泰勒展开式和区间运算求得了降阶后的不确定性系统。算例中,对原不确定性系统和降阶后的不确定性系统分别施加相同的输入后,经对二者输出区间的比较验证了所提出方法的正确性。

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。

压电智能板结构的H_∞振动控制

研究了压电智能板结构的H∞振动控制问题。先采用4节点矩形弯曲薄板单元(含12个位移自由度,2个电自由度)的有限元模型,利用Ham ilton原理得到了智能板结构的运动微分方程,然后综合运用模态截断法、最小实现法和平衡降阶法,对压电智能板结构的系统状态方程进行了降阶处理,得到了可观可控且低阶的近似状态方程,针对该降阶后的系统,利用H∞控制理论求解出能抑制干扰的动态输出反馈控制器,并将该控制器作用到降阶处理前的原系统中,从而能实现原系统抗干扰的振动控制。最后,以智能悬臂薄板结构为例,讨论了降阶过程中出现的一些问题和结论,并求出了相应的动态输出反馈控制器。仿真结果表明,文中的方法可实现压电智能板结构对干扰的抑制。

海洋平台地震响应的H_∞控制

提出了将H∞控制及平衡降阶法应用于结构主动控制的新方法。该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后利用降阶模型构造出H∞控制器和H∞观测器对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径。本文最后以海洋平台地震响应的ATMD主动控制为例,验证了本文方法的有效性。

海洋平台地震响应的LQG控制

提出了将 LQG 控制及独立模态空间控制应用于结构主动控制的新方法.该方法首先利用平衡降阶法对结构进行降阶,然后在模态空间中采用 LQG 控制策略对结构进行控制;同时结合复模态理论和虚拟激励法,给出了系统分析的有效途径.最后以海洋平台地震响应的主动控制为例,验证了方法的有效性.

小区间参数不确定热机电耦合智能薄板的鲁棒控制

针对热机电耦合智能薄板结构,当参数的区间半径很小时,基于两点法、特征对灵敏度求解、一阶泰勒展开式和区间运算法则,研究了平衡降阶后系统不确定性的计算方法。针对所得不确定性降阶系统,论述了增广被控对象的构建和抑制结构振动的H∞鲁棒控制器求解过程,并给出了一类维数较低的不确定性矩阵的分解形式。最后以智能悬臂薄板为例,在对原不确定性系统和降阶后的不确定性系统分别施加相同的输入后,通过对二者输出区间的比较表明,可用降阶后的不确定性系统近似代替原不确定性系统,由降阶后系统求出的H∞鲁棒控制器实现了对原系统的振动抑制,算例表明本文方法是可行的。

压电材料在薄板振动抑制中的应用研究

对于热机电耦合压电智能薄板结构,鉴于包含了机电耦合、热释电效应和热力耦合的完整系统的阶数往往很高而不利于控制器求解,研究了基于平衡降阶法的H∞振动控制问题。对于直接关系到振动控制能否得以顺利实施的诸多问题,如系统的不可观性、温度的不可控性、降阶后系统状态变量的物理含义、评价信号的构建方法及其权矩阵的选取方法等,细腻地研究了它们对实现控制的影响机理,并在此基础上提出了相应的解决方法或技巧。数值算例表明这些研究工作有益于H∞振动控制的顺利实施。

基于模态空间的海洋平台冰致振动的H_∞控制

通过在海洋平台顶部安装主动调谐质量阻尼器(AMD),研究了平台在冰荷载作用下的主导模态H∞控制.首先采用H∞方法与模态空间的平衡降阶法进行控制设计,然后基于虚拟激励法得到了系统冰致振动的解答,并应用此解答进行了广泛的参数研究,确定了平台减振效果最佳时的H∞控制器最优参数.通过该应用特例,以评价H∞控制器的有效性.结果表明如果H∞控制器的参数选择合适,则可以显著减小平台的冰致振动响应.

主动柔性耦合隔振系统状态空间方程的研究

针对工程实际中普遍存在的多维耦合系统,研究适用于实际控制工程应用的、复杂柔性隔振系统状态空间方程的实现方法。针对柔性耦合系统的频率特性,采用最小二乘辨识、方程式综合以及平衡截断降阶的系列方法,提取柔性耦合隔振系统的状态空间方程,为柔性隔振系统主动控制算法的研究提供理论基础。

基于加速度反馈的大型复杂结构H_∞控制

提出了基于加速度反馈的大型复杂结构的H∞控制方法。由于大型复杂结构的阶数很高,基于全阶系统进行控制器设计存在困难,故该文采用降阶控制方法。利用加速度传感器测量得到的基础运动绝对加速度信息,并结合平衡降阶法和H∞控制算法设计了降阶的H∞控制器和H∞观测器。通过对导管架平台结构地震响应的ATMD主动控制进行数值仿真,以评价本文算法的有效性,并确定控制器的最优参数。仿真结果表明如果降阶H∞控制器的参数选择合适,则可以显著减小平台的地震响应。