復(fù)雜激勵(lì)環(huán)境下分布式結(jié)構(gòu)的振動(dòng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、復(fù)雜激勵(lì)作用下的振動(dòng)控制涉及到結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)，控制理論，信號(hào)處理，計(jì)算機(jī)應(yīng)用等多個(gè)交叉學(xué)科領(lǐng)域。分布式結(jié)構(gòu)在復(fù)雜激勵(lì)作用下具有復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)行為，長(zhǎng)期以來一直吸引著廣大學(xué)者的關(guān)注。復(fù)雜激勵(lì)會(huì)使這類結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分叉、混沌等非線性動(dòng)力學(xué)行為。由于這類受控結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性特點(diǎn)，擁有無窮維數(shù)，對(duì)其進(jìn)行理論分析具有相當(dāng)大的困難。另外，通過計(jì)算機(jī)或DSP等硬件設(shè)施進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)時(shí)，容易引起觀測(cè)和控制溢出的問題，從而導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，這對(duì)控制算法的魯棒性和抗干擾性能

2、提出了更高的要求。因此，研究復(fù)雜激勵(lì)作用下分布式結(jié)構(gòu)的控制問題具有極大的挑戰(zhàn)性，同時(shí)具有很強(qiáng)的工程應(yīng)用背景和科學(xué)意義。
　　 本文以風(fēng)洞測(cè)力模型受跨聲速風(fēng)載作用下的振動(dòng)控制為背景，研究分布式結(jié)構(gòu)受復(fù)雜激勵(lì)作用下的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)控制問題。論文的主要研究?jī)?nèi)容和學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下：
　　 1.針對(duì)模型參數(shù)已知的受控對(duì)象，進(jìn)行輸入估計(jì)控制方法的研究。為提高系統(tǒng)控制效果，得到更為可靠的控制輸入，將未知外擾引入到控制器的設(shè)計(jì)和求解過程中。研究

3、表明，結(jié)合隨機(jī)游走模型能夠?qū)⑾到y(tǒng)轉(zhuǎn)換為不顯含系統(tǒng)外擾的狀態(tài)方程。針對(duì)該新方程進(jìn)行Kalman濾波估計(jì)得到系統(tǒng)狀態(tài)，其中包含未知外擾的估計(jì)值。因此，就可以采用線性二次型Gauss方法得到含外擾的控制器表達(dá)式。
　　 2.研究了濾波器時(shí)滯對(duì)受控系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。為消除分布式受控系統(tǒng)輸出信號(hào)中的高頻和噪聲干擾，引入抗混濾波器和高階低通數(shù)字濾波器作為信號(hào)處理手段。不考慮濾波器過渡帶非線性相頻的影響，將通帶范圍內(nèi)的相頻特性近似成線性關(guān)系，

4、研究濾波器產(chǎn)生的固定時(shí)滯現(xiàn)象。并進(jìn)一步分析該時(shí)滯對(duì)控制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的影響，通過分析得到系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)滯區(qū)域。
　　 3.研究了系統(tǒng)存在輸出時(shí)滯情況下的控制方法，提出基于時(shí)滯利用和消除的控制器設(shè)計(jì)方法。在時(shí)滯利用方面，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)滯區(qū)域內(nèi)的脈沖響應(yīng)衰減速度，確定接近最佳控制效果時(shí)的時(shí)滯量，以此為依據(jù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)滯重新設(shè)定以提升控制效果。另外，在時(shí)滯消除控制方法的研究方面，建立了不顯含時(shí)滯的離散狀態(tài)方程，結(jié)合LQ控制方法實(shí)現(xiàn)基于固定時(shí)滯的振

5、動(dòng)主動(dòng)控制研究。
　　 4.考慮濾波器過渡帶非線性相頻特性，研究由此產(chǎn)生的可變時(shí)滯現(xiàn)象。在處理這一問題過程中采用相位補(bǔ)償法將原本含有可變時(shí)滯的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為固定時(shí)滯系統(tǒng)，為進(jìn)一步研究消除總體時(shí)滯建立可靠的輸出時(shí)間序列。
　　 5.進(jìn)行時(shí)間序列預(yù)測(cè)方法的研究，建立關(guān)于系統(tǒng)輸出的ARMA模型。通過變換將該模型轉(zhuǎn)換為AR模型，同時(shí)采用隨機(jī)近似方法對(duì)其進(jìn)行求解，得到無時(shí)滯的估計(jì)輸出序列。這一過程從根本上消除了時(shí)滯的影響，為不依賴模型

6、的控制算法提供有效的控制器輸入。
　　 6.根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用和試驗(yàn)研究的需求，分別建立工程控制系統(tǒng)和地面試驗(yàn)系統(tǒng)。結(jié)合Borland C++軟件開發(fā)平臺(tái)編制控制軟件，通過對(duì)DAQ2206數(shù)采卡進(jìn)行接口和信號(hào)傳輸操作，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與恒流源、功率放大器等外部設(shè)備的通訊。采用多線程技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、輸送以及計(jì)算機(jī)內(nèi)部運(yùn)算的同步進(jìn)行，為控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工作提供保障。
　　 7.結(jié)合地面試驗(yàn)控制系統(tǒng)對(duì)文中提出的控制方法進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，同