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结构振动的主动控制是当今一个重要而热门的科研课题,它在航空航天、交通运输、机械工程、土木工程等诸多工业领域有着广阔的应用前景,是一门汇集力学、材料科学、信号处理、控制理论及计算机技术等多门学科的交叉科学。本论文受国家自然科学基金支持,以建筑结构和车辆悬架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方面进行了较为全面的研究,同时进行了实例仿真研究。
本论文主要的研究工作和成果,包括以下几个部分:
1.针对一类随机噪声干扰下的线性结构系统,基于Kalman滤波研究了结构系统LQG最优控制方法。利用Kalman滤波器观测系统状态,并结合LOG最优控制理论,给出一种改进的结构系统振动控制方法。仿真中通过对Simulink中输出受限模块的适当调用,在解决系统不确定性和外部干扰方面显示出优良性能。
2.针对一类非线性不确定结构系统振动控制问题,综合考虑振动系统中的非线性、参数与未建模状态不确定性、模型误差等因素影响,结合实际结构系统工程背景,建立一般性的、不确定性描述更加有效的振动模型。然后针对建立的振动模型,分别研究其鲁棒H<,∞>状态反馈控制器和输出反馈控制器设计方法,结论以易于求解的线性矩阵不等式形式给出。
3.针对高阶控制器实现困难、可靠性低及成本较高的问题,提出一种新的基于H<,∞>控制和遗传算法优化的低阶H<,∞>控制器设计方法,把矩阵秩约束条件转化为求矩阵特征值和的最小化问题。通过遗传算法进行全局搜索,尽可能降低约束矩阵的秩,以达到降低控制器阶数的目的。这种方法采用将LMI求解与遗传算法随机搜索相结合进行优化的策略,在一定条件下能方便的设计出理想阶数的控制器。
4.针对一类具有控制时滞和非线性不确定性的结构系统进行研究,直接从时滞微分方程出发进行鲁棒H<,∞>控制律的设计,给出了具体的控制方案和控制算法。最后通过两个仿真算例说明给出的时滞控制算法能够取得较好的控制效果。结果表明,振动控制系统中的时滞问题必须引起足够重视,否则有可能得到适得其反的控制效果。