线性二次型最优控制概述ppt课件.ppt

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1、线性二次型最优控制班级：1405班学生：吕园园学号：14121059目录一、主动控制简介二、简单回顾主动控制的应用与MATLAB应用三、主动控制算法简介四、线性二次型最优控制的计算过程及MATLAB实现主动控制简介1.概念2.特点3.优缺点4.控制系统组成5.工作方式1.概念结构主动控制需要实时测量结构反应或环境干扰，采用现代控制理论的主动控制算法在精确的结构模型基础上运算和决策最优控制力，最后作动器在很大的外部能量输入下实现最优控制力。2.特点主动控制需要实时测量结构反应或环境干扰，是一种需要额外能量的控制技术，它与被动控制的根本区别是有无额外能量的消耗。3.

2、优缺点优点：提高建筑物的抵抗不确定性地面运动的能力，减少输入的干扰力，以及在地震时候自动地调整结构动力特征等能力，特别是在处理结构的风振反应具有良好的控制效果。缺点：控制技术复杂、造价昂贵、维护要求高。4.组成和工作方式组成：传感器、控制器、作动器工作方式：开环、闭环、开闭环。简单回顾应用1.主动变刚度装置2.主动变阻尼装置主动变刚度工作原理：首先将结构的反应反馈至控制器，控制器按照事先设定好的控制算法并结合结构的响应，判断装置的刚度状态，然后将控制信号发送至电液伺服阀以操纵其开关状态，实现不同的变刚度状态。主动变刚度锁定状态（ON）：电液伺服阀阀门关闭，双出杆

3、活塞与液压缸之间没有相对位移，斜撑的相对变形与结构层变形相同，此时结构附加一个刚度；打开状态（ＯＦＦ）：电液伺服阀阀门打开，双出杆活塞与液压缸之间有相对位移，液压缸的压力差使得液体发生流动，此过程中产生粘滞阻尼，此时结构附加一个阻尼。主动变阻尼工作原理：变孔径阻尼器以传统的液压流体阻尼器为基础，利用控制阀的开孔率调整粘性油对活塞的运动阻力，并将这种阻力通过活塞传递给结构，从而实现为结构提供阻尼的目的。主动变阻尼关闭状态（ＯＮ）：开孔率一定，液体的流动速度受限，流动速度越小，产生的粘滞阻尼力越大，开孔率最小时，提供最大阻尼力，此时成为ＯＮ状态；打开状态（ＯＦＦ）：

4、控制阀完全打开，由于液体的粘滞性可提供最小阻尼力。ＭＡＴＬＡＢ实例详见Ｗｏｒｄ主动控制算法1.主动控制算法分类2.各种算法简单介绍简介目的就是计算出系统所需控制力主动控制算法是主动控制的基础，它们是跟据控制理论建立的。对控制理论算法要求：在线计算时间短、稳定性及可靠性好、抗干扰能力强。结构控制算法分类：经典控制理论与现代控制理论两类。经典控制理论经典控制理论：经典控制理论的特点是以输入输出特性（主要是传递函数）为系统数学模型，采用频率响应法和根轨迹法等图解分析方法，分析系统性能和设计控制装置。经典控制理论的数学基础是拉普拉斯变换，占主导地位的分析和综合方法是频域

5、方法。经典控制理论包括线性控制论、采样控制理论、非线性控制理论三个部分。现代控制理论现代控制理论：现代算法方法主要在时域内,采用状态空间法(State Space Method)来描述系统的动力性态,其数学工具为线性代数、矩阵理论和变分法等。具体算法：（1）经典线性最优控制法（2）瞬时最优控制法（3）随机最优控制法（4）独立模态空间控制法（5）模糊控制法（6）界限状态控制法（7）极点配置法（8）预测实时控制法（9）H∞优化控制最优控制算法通俗来讲：即对一个受控的动力学系统，从一类允许的控制方案中找出一个最优的控制方案，使系统的运动在由某个初始状态转移到指定的目标

6、状态的同时，其性能指标值为最优。在工程上，最优控制算法以现代控制理论中的状态空间理论为基础，采用极值原理，使用最优滤波或者动态规划等最优化方法，进一步求解结构振动最优控制输入，当被控对象结构参数模型可以被精确建模，并且激励和测量信号比较确定时，采用最优算法设计控制器可以较容易地取得控制效果，在振动主动控制领域应用比较普遍。最优控制法根据具体算法又可分为经典线性最优控制法、瞬时最优控制法、随机最优控制法等等，下面简单介绍：经典线性最优控制法该算法基于现代控制理论,以线性二次型性能指标为目标函数来确定控制力与状态变量之间的关系式。目标函数中采用权矩阵来协调经济性与安

7、全性之间的关系,需求解Riccati方程。由于该算法忽略了荷载项,严格说来,由它得到的控制不是最优控制;但数值分析和有限的试验证明,这一控制算法虽然不是最优的,但是可行的和有效的。瞬时最优控制法该算法以瞬时状态反应和控制力的二次型作为目标函数,在动荷载作用的时间范围内,每一瞬时都实现其目标函数最小化。该算法不需求解Riccati方程,计算量减小;增益矩阵与受控结构的协调特性无关,控制系统的鲁棒性能较好;具有时间步进性,可推广用于非线性、时变结构系统。但该算法只是一种局部最优控制算法,从控制结构最大反应这个意义上讲,仍然不是最优控制。对比来讲：随机最优控制法使随机

8、控制系统的某个性能指标泛