结构振动鲁棒控制策略分析

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1、圭塑奎望查兰堕主堡苎——结构振动鲁棒控制策略研究摘要结构的振动主动控制是当前非常重要而又十分迫切的研究课题，它在航空航天、交通运输、机械工程、土木工程等诸多工程领域有着广阔的应用前景，是一门汇集力学、材料学、信号处理、控制理论及计算机技术等多门学科的交叉科学。本论文受国防科技重点实验基金项目Js52．4．3支持，以直升机结构振动控制为应用背景，对结构振动的主动控制问题在鲁棒控制策略与实验两个方面进行了较为全面的研究。首先，论文阐述了结构振动主动控制研究的意义及国内外研究现状，并对本论文的研究目标和内容、研究思路、研究特色及结构安排等作了介绍。，一、I然后

2、，给出了本论文主要的研究工作和成果，分为如下的几个部分：1．在参阅大量有关文献的基础上，本文对主动约束层阻尼(ACLD)结、构的建模问题进行了系统的总结与概括，从而为进～步研究和应用提供了必要的知识储备。同时，本文研究了结构振动控制中，模态截断及其参数不确定性对控制系统的影响。讨论了结构化不确定性(结构系统参数摄动)和非结构化不确定性(系统高频剩余模态)的表示方法，特别给出了结构模态频率参数不确定性的描述方式。提出了用统一的状态空间模型表示系统不确定性的方法，并利用鲁棒控制理论中具有较小保守性的结构奇异值(1a)分析方法对带有不确定性的结构振动控制系统进

3、行了鲁棒稳定性和鲁棒性能的分析。2．研究了结构振动控制的鲁棒控制器设计问题。给出了几种适合于解决结构振动控制问题的鲁棒H。控制器设计方案，包括混合灵敏度设摘要计方法，干扰捧制设计方法及釜综合方法等，并对这些方法进行了一定修改，使之受易于设计。特鄹是将混合灵敏度设计方法中干扰通道与控制通道进行分离设计使得校函数的选择更为方便，同时能较好地与增加有效阻尼的振动控制西的相联系。另外，在干扰抑制设计方法中加入不确定性的描述，使控制器的设计更具鲁棒性，同时也改善了控制器的频域特性。3．针对结构振动控制中多种目标的要求，包括增加阻尼，避免“溢出”，作动器输融限制等，

4、给出了魂种多尉标鲁梅控制器实现算法。第～种针对参数摄动闯题，给出了混合HJH。及蛰极点约束的多旦标簧棒控制器设计方案。这；}中方寨的特色之处是通过构逡鲁格蕊测器保证了输出反馈控铡系统豹磐捧稳定性著较好地实现了时域和频域等多种髅链要求。第二种是基于混食特征结构配置稻}毛。滤波器的控铬《器设计方案。该方案能很好地实现时域的特征值和特征商量的要求，同时能通过鞭。标准问题的解决构造澄对高阶剩余模态具有鲁棒性的控制器。4．～般鲁棒H。控制器设计方法获得的控制器阶数要等于广义对象的阶数，这样势必造成高阶控制器的产生，因而使得控制器的软硬件实现等存在很多问题。低阶控制

5、器的设计与实现成为解决结构振动控制的一个关键性闽题。本论文针对基于线性矩阵不等式(L蛾)方法设计低盼控制器存在的非热矩蹲秩约束优化问题，提出了一罩孛基予LMI郡多遐蜷遗传算法的饯化算法。这种算法采熙将LMI求解与多县标隧枧搜索的策略维舍进行傥纯钓策略，在一定条件下畿方便魂设计出理想阶数的控制器，弱时氇能清楚地给出控制器性能与阶数闻的折衷关系，从雨为在实际工程中设计和实现理想的控制器提供了有价值的参考。5．在许多工程系统中尤其是带有旋转机构的系统，常常会受到持续的谐波干扰的影响，造成系统性能的下降和不稳定。为抑制这种谐波上海交通大学博士论文干扰作用，本文通

6、过对谐波干扰建模并与被控系统一起构成增广系统模型，从而转化为H。控制问题进行求解。由于在实际系统中，系统所受谐波干扰频率是随工作点的变化而变化，因此本文进一步探讨了变频率谐波干扰作用下，结构振动的增益调度H。控制问题，提出了增益调度的H。控制方法。谐波干扰的频率(一般可以根据运行工况实时测量得到)作为增益调度变量，通过采用线性参数变化控制器设计技术设计了能随干扰谐波频率变化进行调度的H。控制器，实现了在各个稳态工况下都有较好的控制谐波干扰作用的效果。6．在实验研究方面，采用主动约束层阻尼(ACLD)主动／被动混合策略和多输入多输出(ⅦMO)控制方式对二维

7、悬臂板结构振动控制问题进行了振动控制实验研究。给出了MIMO系统辨识的实现算法及实验方案。研究了基于结构振动响应的MIMO控制系统，构造了数字信号处理器DSP和PC机构成的主从式微机控制系统，进行了鲁棒控制器设计的DSP实现和实验验证。实验结果证明了本文研究的方法能有效地用于解决结构振动控制问题。由于结构振动主动控制是一个具有挑战性的研究课题，许多方面还需要进一步深入的研究与探讨，因此，在本论文的最后，对本论文的研究工作和取得的成果进行了全面的总结，对未来的研究问题进行了展望。Y关键词：结构振动，主动控制，I厂、控制，H。。控制，增益谪：!蝤制STUDY

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