含饱和作动器的主动TMD振动控制研究

以含主动调谐质量阻尼器(TMD)的建筑结构为研究对象,研究作用于TMD上的作动器输出力小于设计控制力时的控制方法.为了确定系统控制率,在满足线性矩阵不等式约束的前提下,通过优化控制目标函数来达到.同时,为了保证控制效果,采用了峰-能量控制器.最后,以一座六层建筑物为例来说明本文方法的可行性.

含饱和作动器的基准建筑物混合控制研究

当作动器所提供的控制力小于所需控制力时会出现控制力饱和现象,这一现象在大型结构的实际控制过程中经常出现,为此,本文根据饱和控制力,采用线性矩阵不等式来设计控制器。考虑作动器饱和时,单纯采用作动器来控制结构在地震作用下的响应往往不足于保护结构,此时需附加阻尼器。最优阻尼的确定需要大量的计算,为了减少计算量,本文借鉴临界激励的概念来简化最优阻尼的选择。最后,以三层非线性基准结构为例来说明本文方法的可行性。

考虑作动器饱和的结构振动多层级分布式瞬时最优控制

针对结构振动主动控制问题,提出了一种含作动器饱和约束的多层级分布式瞬时最优控制方法。首先,基于Newmark-β法动态子结构技术,将整体系统分解为一系列多层级分布的子系统,并建立面向分布式控制的子系统动力学模型。然后,基于不同层级的动力学模型,采用瞬时最优控制策略,以出口节点状态作为各相邻子系统之间的信息交互,对各子系统设计独立的局部子控制器。最后,基于参变量变分原理,将具有作动器饱和约束的瞬时最优控制问题转化为线性互补问题,求解该线性互补问题,从而获得相应的子系统控制律。为验证所提算法的有效性,以平面简支梁和大型空间智能索网天线结构振动控制为例进行数值仿真,结果表明:所提多层级分布式瞬时最优控制方法能有效地抑制结构的振动响应,其设计灵活、具有良好的容错性,并且作动器饱和约束可直接通过求解线性互补问题而得以满足。

基于Anti-windup的含作动器饱和主动悬架控制方法

作动器饱和特性直接影响主动悬架输出性能,进而影响汽车操纵稳定性和舒适性。在分析作动器饱和输出特性的基础上,建立含作动器饱和的1/4主动悬架模型。采用基于Anti-windup的PID反馈控制方法,改善作动器饱和输出对系统的不良影响。通过Simulink建立主动悬架模型,分别对仅实施PID控制及增加Anti-windup算法时的系统进行仿真研究。结果表明,含作动器饱和时,PID控制器输出作用力极限值大于作动器输出饱和度时,控制系统不能达到最优状态。采用Anti-windup算法后,能够在作动器饱和度小于输出最大作用力时,提高系统收敛速度。

考虑作动器输出饱合的光电平台终端滑模神经网络控制

光电惯性稳定平台被广泛的应用于无人系统移动载体上,针对两轴光电平台系统参数不确定与外界扰动问题,提出自适应终端滑模神经网络控制算法对光电平台伺服系统进行稳定跟踪控制。利用径向基神经网络估计平台动力学系统中的未知非线性函数,同时,考虑无刷直流力矩电机在实际应用中的输出饱和特性,引入辅助函数用以补偿理想控制力矩和实际输出力矩之间的误差,提高了光电负载图像的稳定性与动态目标跟踪的快速性。最后,通过李亚普诺夫原理验证了闭环系统的稳定性与渐进收敛性。外界随机振动试验结果表明,提出的终端滑模神经网络控制算法减振效果陀螺均方根值为4.7 mrad/s,比传统的滑模控制的减振效果提升了8%,相比于传统的PID控制提高了13.3%。所提出的控制方法能够较好抑制移动载体对光电设备的扰动,抗干扰能力强。

基于迭代算法的含饱和主动悬架最优控制

作动器饱和特性是一种严重的非线性现象,影响主动悬架控制系统的性能。建立1/4车体主动悬架动力学模型,考虑主动悬架系统作动器的饱和非线性,将主动悬架系统稳定域问题转化为求解系统最大不变吸引椭球问题,确定含作动器饱和的主动悬架稳定性判别方法。运用Ricatti方程迭代法求解不变吸引椭球最大的最优控制器,研究不同饱和度下的作动器对系统不变吸引椭球最大值的影响,完成不变吸引椭球最大的控制器设计。仿真结果表明,作动器饱和特性影响系统的稳定性,当作动器的饱和度增大时,系统的稳定域范围也相应增大,且具有更好的输出响应。不变吸引椭球最大的最优控制器能明显增大主动悬架系统的稳定域,可以改善作动器的非线性现象对系统的不利影响,有利于提高主动悬架系统的可靠性和安全性。

一类不确定非线性系统的回馈递推滑模鲁棒控制器设计

针对一类多输入多输出不确定非线性系统,用一个RBF神经网络获得未建模动态和外来扰动的估计值,将回馈递推思想与滑模控制相结合,逐步回馈递推,设计了鲁棒控制器。将这种方案用于某型侧滑转弯导弹的飞行控制系统设计。其中,为克服导弹作动器的位置饱和、速率饱和问题,改进了滑动面的符号函数,并采用模糊逻辑对滑动面的斜率进行实时调整。仿真表明了该控制方法的有效性。

基于模糊控制规则的建筑物结构主动控制的研究

针对地震中建筑物结构主动控制的问题,引入模糊控制规则。该方法采用分层结构,其中包括一个高层的控制器和多个为了降低层间位移的底层子控制器。模糊控制规则能够恰当地调节预先控制在每一时刻所估计的结构状态。改进的地震控制性能通过模糊调节过程将一个简单设计的静态增益转换为实时动态增益。本文在控制器的设计部分充分考虑作动器饱和的状态,并以三层剪切型建筑物结构模型来举例说明。最后模糊规则的运用和Matlab仿真证明这种控制策略的正确性和有效性。

MIMO变结构飞行重构控制系统设计

基于滑模变结构控制,提出一种MIMO(multiple input multiple output)的飞行重构控制系统的频域设计方法.将滑模变结构控制与飞行重构控制相结合,解决了飞行重构控制技术中故障检测和系统参数辨识的问题.引入渐近观测器和hedge模型增加重构控制系统对衍生未建模动态的鲁棒性;引入作动器模型、输出饱和限制和驾驶员模型,使变结构重构控制系统设计方法变得更为有效和实用;以某型飞机的横航向飞行控制系统为例,进行设计模拟.结果表明:在飞机气动参数大幅突变和操纵面严重受损的情况下,飞机仍能保持良好的性能.