不確定結(jié)構(gòu)（系統(tǒng)）控制的性能分析與綜合.pdf

1、由于不確定性的客觀存在，研究不確定性對(duì)結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)的性能影響程度，以及對(duì)不確定性結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)控制方法的綜合分析與設(shè)計(jì)越來越受到科學(xué)界和工程界的高度重視，并且已成為當(dāng)前結(jié)構(gòu)力學(xué)研究領(lǐng)域和控制理論研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題之一。本文分別對(duì)不確定結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力響應(yīng)分析、不確定結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的控制性能分析與控制器的綜合設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析與研究，主要工作內(nèi)容如下： 1、模糊性區(qū)間參數(shù)桁架結(jié)構(gòu)的靜力和動(dòng)力分析 考慮具有模糊性區(qū)間參數(shù)的桁架結(jié)構(gòu)

2、，用具有區(qū)間值隸屬函數(shù)的區(qū)間因子表征參數(shù)的不確定性，分別建立了桁架結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)有限元方程和動(dòng)力學(xué)方程?；趨^(qū)間數(shù)學(xué)和區(qū)間值模糊集合的相關(guān)理論，推導(dǎo)出了模糊性區(qū)間參數(shù)桁架結(jié)構(gòu)靜力位移、單元應(yīng)力和固有頻率的求解公式，并且對(duì)相關(guān)計(jì)算結(jié)果的區(qū)間值隸屬函數(shù)的求解給出了一種離散數(shù)值解法。仿真算例結(jié)果表明，該方法可以考察每一參數(shù)的不確定性對(duì)結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力分析結(jié)果的影響，其分析與求解的過程較為簡(jiǎn)便易行，且計(jì)算量小、計(jì)算效率較高。 2、隨機(jī)參數(shù)結(jié)

3、構(gòu)最優(yōu)控制的閉環(huán)響應(yīng)分析 分別對(duì)物理參數(shù)和幾何參數(shù)均具有隨機(jī)性的隨機(jī)桁架結(jié)構(gòu)，以及物理參數(shù)為隨機(jī)性的隨機(jī)平面梁結(jié)構(gòu)，在確定性參數(shù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在模態(tài)坐標(biāo)下對(duì)其降階進(jìn)行最優(yōu)控制?；诮齐x散化的方法得到了結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制閉環(huán)響應(yīng)的近似解?？紤]結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)性導(dǎo)致的狀態(tài)方程中矩陣參數(shù)的隨機(jī)性，對(duì)上述隨機(jī)結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制的閉環(huán)響應(yīng)進(jìn)行了研究分析，揭示了其結(jié)構(gòu)各參數(shù)的隨機(jī)性與結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制閉環(huán)響應(yīng)隨機(jī)性之間的關(guān)系。通過算例考察了結(jié)構(gòu)各個(gè)參數(shù)的隨機(jī)

4、性對(duì)結(jié)構(gòu)最優(yōu)控制閉環(huán)響應(yīng)隨機(jī)性的影響，獲得了許多有意義的結(jié)論。經(jīng)與MonteCarlo數(shù)值模擬法的結(jié)果比較，驗(yàn)證了文中理論分析和計(jì)算方法的正確性。 3、隨機(jī)智能梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的特征值分析 建立了壓電智能梁結(jié)構(gòu)的控制模型，在模態(tài)坐標(biāo)下采用極點(diǎn)配置法對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)控制?？紤]智能梁結(jié)構(gòu)物理和幾何參數(shù)的隨機(jī)性，從隨機(jī)智能梁結(jié)構(gòu)剛度矩陣和質(zhì)量矩陣中提取出隨機(jī)因子并將其引入振動(dòng)控制方程，用隨機(jī)因子來表示控制方程中參數(shù)的隨機(jī)性。并利用代

5、數(shù)綜合法推導(dǎo)出隨機(jī)智能梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的開環(huán)和閉環(huán)特征值的均值和方差的表達(dá)式。同時(shí)，應(yīng)用3σ準(zhǔn)則對(duì)隨機(jī)參數(shù)智能梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的閉環(huán)穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，得出了穩(wěn)定性的判據(jù)。仿真算例表明：本文提出的基于概率的隨機(jī)智能梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制特征值的分析和求解方法是可行的，且計(jì)算結(jié)果表明，對(duì)于特征值實(shí)部和虛部分散性的影響，幾何參數(shù)的作用要大于物理參數(shù)的作用。 4、不確定智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)的魯棒PID控制及其時(shí)滯穩(wěn)定性分析 對(duì)存在參數(shù)不確定性的智能

6、梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制，利用解耦的模態(tài)坐標(biāo)，結(jié)合常規(guī)PID控制、保成本魯棒控制以及H8控制的優(yōu)點(diǎn)，提出一種魯棒PID控制的設(shè)計(jì)方法，并給出了必要的理論依據(jù)及具體的推導(dǎo)和論證過程。該方法將PID控制器的參數(shù)整定問題轉(zhuǎn)化為線性矩陣不等式凸優(yōu)化問題的求解，從而針對(duì)不確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制設(shè)計(jì)出一種復(fù)合PID控制器。同時(shí)，考慮到實(shí)際中存在的時(shí)滯因素，分析了控制系統(tǒng)的時(shí)滯穩(wěn)定性，得出了能使系統(tǒng)穩(wěn)定的最大允許時(shí)滯量的求解方法。通過仿真算例可以看出，在允許的最

7、大時(shí)滯量?jī)?nèi)，魯棒PID控制算法能使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。而超出允許的最大時(shí)滯量時(shí)，控制系統(tǒng)將發(fā)散。此外，文中還得出了系統(tǒng)的抗干擾能力和允許的最大時(shí)滯量之間是相互制約的這一結(jié)論。從而為不確定智能結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制提供了一種新的設(shè)計(jì)思路和方法。 5、智能PID控制在不確定電弧爐系統(tǒng)中的應(yīng)用研究 針對(duì)具有參數(shù)不確定性且三相電流耦合的電弧爐系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種智能PID控制算法，該算法首先利用遺傳算法離線優(yōu)化控制器的參數(shù)，在獲得初始最優(yōu)參數(shù)后，