动力系统的时滞输出反馈控制及其应用

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动力系统控制需根据一定的控制算法来采集结构响应、做出控制决策、传递信息并调节作动器的参数。这样的控制链使得结构振动的主动控制系统不可避免地存在时滞。大型动力系统振动控制的另一个重要问题是状态变量的测量。实现状态反馈需要测量所有的状态变量,这在一般情况下是困难的。因此,结构振动的输出反馈控制在实际应用中起着重要作用。综合考虑上述两方面的因素,本文研究动力系统的时滞输出反馈控制,通过部分可测输出量实现整个系统的主动振动控制。首先将系统的运动微分方程改写成状态空间模型,其控制输入中存在时滞。再利用一个线性项加积分项的变换将原时滞输入系统转化成无时滞的形式。在此基础上,应用输出反馈原理和合理的性能指标函数设计出系统的最优控制律。接下来以一个三层建筑结构为例,研究系统在地震载荷下的动态响应,在数值计算中,时滞量取为采样周期的整数倍,积分步长取为采样周期,不同的时滞参数对控制效果影响是不同的,同时也进一步验证了如果控制系统中含有时滞参数,但是在设计控制律时忽略时滞参数可能会导致系统失稳。同样将所设计的控制律应用到两种不同路面激励的1/4车辆悬挂系统中。两种模型的仿真结果表明,本文提出的时滞输出反馈控制律是有效且实用的。由于主动控制在实际应用中需要外界提供大量能量,限制了控制的实现,但是半主动控制稳定且只需要外界提供使其开启的少量能量,所以本文研究了半主动控制。以前面提出的时滞主动控制律为基础,以开关控制策略为依据设计了动力系统振动的时滞输出反馈半主动控制律,并将其应用于建筑结构和1/4车辆模型进行数值仿真,将仿真结果与主动控制结果进行对比。结果表明,基于磁流变阻尼器的时滞半主动控制与主动控制具有相近的控制效果。由于半主动控制的特殊的优点,所以对系统振动减震是有效的且意义深远。
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