利用MATLAB进行主动控制分析.pdf

《利用MATLAB进行主动控制分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、制造中国科技信息2008年第2期CHINASCIENCEANDTECHNOLOGYINFORMATIONJan.2008利用MATLAB进行主动控制分析杜炎北京交通大学100044摘要制算法，也是目前应用最广发的控制本文利用数学计算软件MATLAB对结构的主动方法之一。由于实际工程中的自由度控制进行了分析。介绍了主动控制的原理及数很多，在全部自由度上布置传感器控制方法并利用MATLAB的内置函数，对一是很困难的，也是不经济的；同时传个框架剪切模型采用了基于LQR算法的主动感器与数据采集系统受到周围环境噪声控制，

2、加载地震波并进行时程响应分析，并的影响，而LQR控制算法恰好是针对图1计算模型图比较了无控结构和受控结构的时程响应结上述问题发展起来的一种设计主动控制果，表现出了主动控制的显著效果。力和用于工程实际的方法。关键词n个自由度的土木工程受控结构在主动控制；MATLAB；LQR算法；时程分析环境干扰作用下的运动方程为(1.1)其中Dn×r为环境干扰位置矩阵，结构主动控制首先由美国普度大学的SBn×p为控制力作用位置矩阵。首先要J.T.P.YAO教授于1972年提出,确定了结构S主动控制研究的开始。主动控制系统一般把结

3、构的参数矩阵如质量矩阵、刚度由三部分组成:(1)在结构适当位置上安装的矩阵和阻尼矩阵等转化为状态空间矩测量结构反应或外荷载的传感器;(2)处理测阵：得的信息，按一定的优化控制准则进行最设，在状态空间中图2第1层位移时间曲线优控制力在线计算的中央处理机;(3)由外部能源驱动而产生控制力的驱动器。主动控由式(1.1)描述的受控结构系统可以表示制按最优准则通过作动器产生最优控制力，为：直接作用于结构以减少结构的动力响应。(1.2)从理论上看主动控制应能实现最好的结构性能，但现阶段理论和实现手段都还不够其中，，完善，对

4、主动控制的试验研究尚不多，主动控制的应用主要集中日本，广泛应用仍需，进一步研究。结构主动控制主要的控制方式有:主动调频质量阻尼器(AMD:ActiveMassDamper)，主动锚索控制，脉冲控制，空气动力挡风板等。主要的主动控制的算定义系统的二次型能泛函：法有:基于模态控制理论的极点配置法，脉(1.3)图3第2层位移时间曲线冲控制法，瞬时最优控制法，预测控制法，其中Qn×n，Rn×n为半正定的权矩随机最优控制法，自适应控制，模糊控制法阵，求泛函的极值从而得到控制力矩阵和神经网络法等。研究表明。主动控制可获U（

5、t）。得比被动控制更好的振动控制效果，但也2.算例分析存在有待进一步研究和解决的问题，如控2.1计算模型参数制实施过程造成的控制作用时间滞后，该计算模型为一个三层剪切性框架结滞后可能部分抵消控制作用，甚至可能使构，主要参数为：结构层质量和层间系统变得不稳定。时滞效应是有待进一步刚度为m=4×105kg，k=2×108N/mii研究解决的问题。(i=1,2,3)。结构阻尼矩阵可按Rayleigh1.基于LQR算法的主动控制原理阻尼由前两阶振型阻尼比确定，假定本文采用的是MATLAB内置的LQR前两阶振型阻尼比ζ=

6、ζ=5%。结构12算法，LQR算法是基于状态空间的主动控的外干扰为EICentro(NS,1940)地震波，图4第3层位移时间曲线-66-地震波输入峰值为200Gal。求解该结构在制Matlab程序的时程分析方法，在每一上接第65页无控情况下和采用主动控制算法情况下的个计算步内都调整地震力作用，即用地震时程反应。首先将动力学方程转化为状态力向量减去最优控制力向量，由于最优控之间的接口是通过对其数据总线、标准的空间形式，将该结构简化为一个糖葫芦串制力随着时间变化，因此在每一个计算步读/写以及片选信号的控制来完成的

7、。剪切模型，则到结构的质量矩阵、刚度矩内都要做出调整，得到与lsim求解器同样I/O扩展图如图3-5。阵和阻尼矩阵分别为的结果。3.4显示模块电路利用动力时程分析方法得到的无控制本设计对显示的数据要求并不是很情况下与主动控制情况下的地震响应对比，高，考虑到性价比，选择四位的LED来其1～3层地震时程位移响应如图2～3所显示，应用移位寄存器芯片74HC595来实示。现LED的动态显示。为了简化电路，降无控情况和主动控制情况下的结构地低成本，节省系统资源，将四位段选码并震响应对比如表1所示。联在一起，由一片74HC

8、595控制。由于由表1可以看出在主动控制情况下，所有LED的段选码皆由一个74HC595并行结构的最大位移、层间位移及振动速度都输出口控制，因此，在每一瞬间，4位有明显降低。LED会显示相同的字符。想要每位显示不3.结论同的字符，就必须采用扫描的方法，即在利用主动控制算法对结构进行控制可每一瞬间只使用一位显示字符。在此瞬以有效地控制结构的位移、层间位移和速间，74HC595并行输出口输