工程柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的時(shí)滯動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、在土木、海洋和航天工程領(lǐng)域，為了滿足實(shí)際工程需要，采用了不同的控制措施對(duì)柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行控制。然而，控制器本身、信號(hào)采集處理、控制律運(yùn)算和信號(hào)傳輸?shù)阶鲃?dòng)器響應(yīng)等都存在一定的時(shí)滯，盡管實(shí)際控制中時(shí)滯很小，但仍會(huì)使作動(dòng)器在受控系統(tǒng)不需能量時(shí)向其輸入，從而導(dǎo)致控制性能降低，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。因此，研究柔性結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)中的時(shí)滯動(dòng)力學(xué)對(duì)控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)具有明顯的意義。此外，柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制中的時(shí)滯問題已經(jīng)成為受控結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)及其相關(guān)控制設(shè)計(jì)的重要組成

2、部分。
　　 為了全面揭示時(shí)滯因素在柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)中的作用機(jī)制，本論文以工程中具有代表性的柔性結(jié)構(gòu)（索、梁及索-梁組合結(jié)構(gòu)）為對(duì)象開展研究?；贖amilton原理，針對(duì)索、梁及索-梁組合結(jié)構(gòu)受控系統(tǒng)建立連續(xù)模型，同時(shí)考慮MR阻尼器-結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)中的時(shí)滯因素，以及采用時(shí)滯反饋控制策略，引入時(shí)滯微分方程的基本理論，結(jié)合定量分析方法（多尺度法）和定性分析方法（中心流形法和范式理論），對(duì)受控系統(tǒng)進(jìn)行深入研究。通過研究，全面揭

3、示工程柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制系統(tǒng)中的時(shí)滯效應(yīng)，并在理論分析與數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，分析了受控系統(tǒng)各參數(shù)（如時(shí)滯，控制增益等）對(duì)控制效果的影響，為控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論基礎(chǔ)。本論文的主要研究工作如下:
　　 1.在廣泛查閱國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)工程柔性結(jié)構(gòu)中具有代表性的索，梁及索-梁組合結(jié)構(gòu)的非線性動(dòng)力學(xué)及其振動(dòng)控制研究進(jìn)行了綜述，并著重突出了控制系統(tǒng)中的時(shí)滯問題。
　　 2.為研究MR阻尼器-斜拉索振動(dòng)控制系統(tǒng)的時(shí)滯效應(yīng)，探究

4、其對(duì)結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的影響，本論文基于Hamilton原理建立了考慮時(shí)滯作用下的MR阻尼器，斜拉索振動(dòng)控制系統(tǒng)連續(xù)模型，利用多尺度法，對(duì)受控系統(tǒng)的面內(nèi)面外1∶1內(nèi)共振及其分岔進(jìn)行了研究，并采用打靶法、擬弧長延拓法等方法進(jìn)行了數(shù)值分析。
　　 3.通過選取更為精確描述安裝MR阻尼器后斜拉索的振型函數(shù)，建立了MR阻尼器，斜拉索受控系統(tǒng)模型和運(yùn)動(dòng)方程。運(yùn)用Galerkin方法將偏泛函微分動(dòng)力系統(tǒng)離散為時(shí)滯微分動(dòng)力系統(tǒng)，并結(jié)合中心流形法和

5、范式理論，從而實(shí)現(xiàn)了頻率不等的高維非線性系統(tǒng)從無窮維空間到低維空間的轉(zhuǎn)換，根據(jù)降維后的振幅截?cái)喾匠?，討論了原系統(tǒng)的非線性動(dòng)力學(xué)行為，進(jìn)而通過平均法處理，得到了外部荷載作用下的平均化方程。
　　 4.基于加速度時(shí)滯反饋控制策略及Euler-Bernoulli梁理論，建立了軸力作用下彈性支座壓電耦合梁的非線性動(dòng)力學(xué)模型。通過模態(tài)分析和線性穩(wěn)定性分析，得到了壓電耦合作用時(shí)滯反饋條件下的系統(tǒng)穩(wěn)定性條件。采用Galerkin方法和多尺度法

6、，從理論上得到了時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的分岔響應(yīng)。
　　 5.基于Hamilton原理，利用動(dòng)靜法精細(xì)分析了索-梁的連接條件和邊界條件，建立了索-梁組合結(jié)構(gòu)面內(nèi)運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而利用時(shí)滯反饋控制對(duì)索-梁組合結(jié)構(gòu)的大幅振動(dòng)進(jìn)行控制。著重探討時(shí)滯及控制增益對(duì)受控系統(tǒng)的影響，從而為索-梁組合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制提供一種新思路。
　　 上述研究成果表明:時(shí)滯是振動(dòng)控制系統(tǒng)中的不容忽視的一個(gè)重要因素;系統(tǒng)在小時(shí)滯作用下具有魯棒性，而隨著時(shí)滯量的增大，