振动系统的时滞反馈控制优化理论与应用

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控制信号的延迟,即时滞量,是减振控制系统不可避免的问题。当时滞量足够小时,可以忽略其对减振控制系统的影响;当时滞量不可忽略时,可以利用时滞进行减振控制、进行参数辨识和对参数进行优化设计。同时应该避免那些使减振控制系统失稳的时滞。本文主要研究时滞反馈控制对振动系统进行参数优化设计与应用,主要研究以下几个振动系统。第一种振动系统:提出一种含接地负刚度弹簧的时滞动力吸振器的反共振峰最小优化方法。首先,研究的模型不考虑时滞位移控制和主系统的阻尼,利用固定点理论得到接地负刚度系统的最优结构参数。其次,考虑优化调节负刚度系数,利用反共振峰最小准则,把反共振点幅值控制在给定的足够小的范围内,得到一组最优结构参数,使得调控的反共振频率频带最宽。再次,调节主系统的阻尼系数,得到最终的一组最优结构参数。最后,通过幅频响应和时间历程响应曲线证明了反共振峰最小准则的正确性,并且将本章结果与其它两种等峰优化的吸振器模型的减振效果进行对比,证明了接地负刚度时滞动力吸振器减振效果优越性。第二种振动系统:针对第一种减振系统进行等峰优化设计。相比于传统动力吸振器,负刚度动力吸振器同时具有更好的减振能力和更宽的有效减振频带宽度,为了进一步减低共振峰幅值、增大有效减振频带宽度,在负刚度吸振器系统耦合时滞反馈控制。研究以时滞反馈控制、负刚度元件和吸振器阻尼为调节参数进行等峰优化准则设计,设计的准则首先把共振峰幅值降低,并且降低的幅值是比负刚度吸振器的共振峰更小的峰值;其次,把峰谷差作为等峰优化平缓度的指标,将峰谷差控制在适当取值范围内;最后,在降低幅值的同时,分析结构参数对有效减振频带宽度的影响。经过等峰优化之后,选择本章的一组结构参数与两个典型的模型进行对比。为了定量比较不同模型的降幅效果,定义了减幅百分比,研究发现在共振频率处减幅百分比超过40%以上。结果表明,通过等峰优化准则对结构参数进行优化设计和调节增益系数和时滞量,能把共振峰幅值降低在较小值,也可以调节增益系数和时滞量,使得幅频响应曲线具有较宽的有效减振频带、较好的有效减振频带对称性和较低的峰谷差。第三种振动系统:提出一种在非线性饱和控制系统加上两个时滞反馈控制进行参数优化。首先,用多尺度法得到时滞非线性饱和控制系统的近似解析解,并且用Routh-Hurwitz准则判断平衡解的稳定性。接着,为了使饱和控制区间内某一频率点主系统幅值随着内外调谐参数变化时为零,提出了饱和控制区间内主系统幅值为零的准则。最后,在讨论结构参数和时滞反馈控制参数对拓宽有效饱和控制减振频带和降低主系统幅值的影响之后,得到参数相似替换准则,同时这也为参数优化设计提供了设计准则。
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