双振动台随机振动H∞双自由度综合控制研究

摘要：在不考虑互谱的情况下,提出了一种双振动台随机振动控制试验的H∞双自由度控制新方法。研究了基于Η∞控制理论的双振动台解耦控制方法,应用Η∞双自由度控制方法进行双振动台随机振动控制。用一悬臂梁模型进行数值仿真验证,仿真结果表明在20~2000Hz频率范围内,利用Η∞双自由度控制方法设计的控制器,能使输出控制谱和参考谱的自谱密度误差控制在±1dB以内,完全符合双振动台设计的控制要求。同时试验结果表明该方法可实现综合控制的所有要求,各项控制精度均满足实际工程要求。     

结构模型与控制器降阶的主动控制试验研究

土木工程结构模型的自由度数目较大，从而导致主动控制和半主动控制实施过程中时滞效应十分突出，本文采用均衡截断技术研究了结构和控制器降阶的两种方法。第一种方法是首先采用均衡实现技术得到内部均衡系统，再根据Hankel矩阵奇异值的大小对结构模型进行降阶．对降阶的结构系统设计低阶的线性二次调节（LQ）和H∞控制器；第二种方法是对原结构模型设计LQ和H∞控制器，再采用均衡实现技术对控制器进行降阶，得到低阶控制器模型。通过大量的仿真和地震模拟振动台试验，研究了所建立方法的可行性和有效性。     

考虑频域不确定性的结构H∞鲁棒控制

针对高阶结构系统不便直接进行控制器设计的问题,建立基于结构降阶模型和频域不确定性的H∞鲁棒控制设计方法,给出系统满足鲁棒稳定性和鲁棒性能所需的条件,并利用频域不确定性影响灵敏度和干扰抑制灵敏度的混合灵敏度方法设计出H∞控制器。为说明该方法的有效性,对三自由度结构振动系统进行H∞控制数值模拟,并与常用的LQR最优控制方法进行比较,结果表明由于考虑了降阶模型的频域不确定性,对高频截断模态没发生控制溢出现象,因而具有对模型误差的鲁棒性,而LQR方法有较为明显的控制溢出现象。     

柔性梁降阶H∞控制实验研究

研究了压电传感器、作动器非同位配置情况下柔性悬臂梁的降阶H∞振动控制问题。采用频域辨识方法获取低阶名义模型,合理选取权函数,将鲁棒H∞控制问题转化为标准H∞控制问题。采用CCL(Cone Complementarity Lin-earization)算法设计降阶H∞控制器。比较了全阶H∞控制器和降阶H∞控制器的控制效果,实验结果表明,设计的降阶H∞控制器能够有效抑制柔性梁的前三阶模态振动,而且不会产生溢出问题。     

H∞控制在AMD Benchmark结构主动控制中的应用研究

针对AMD(activemassdamper)Benchmark问题,将H∞控制理论引入到结构控制领域,提出了切实可行的主动控制方法。详细阐述了H∞控制权函数的选取方法,并采用DGKF法设计了输出反馈控制器,通过平衡截断法对控制器进行降阶得到四阶控制器。通过数值仿真,验证H∞控制器的有效性和鲁棒性。     

H∞控制在AMD Benchmark结构主动控制中的应用研究

针对AMD(active mass damper) Benchmark问题,将H∞控制理论引入到结构控制领域,提出了切实可行的主动控制方法.详细阐述了H∞控制权函数的选取方法,并采用DGKF法设计了输出反馈控制器,通过平衡截断法对控制器进行降阶得到四阶控制器.通过数值仿真,验证H∞控制器的有效性和鲁棒性.     

基于声辐射模态的Η∞解耦控制器设计

根据声辐射模态的特点提出四组控制力布置方法。在此基础上采用Η∞算法设计了四个独立的控制器,控制前四阶声辐射模态的伴随系数使辐射声功率最小化。该方法能够将复杂的四输入/四输出控制系统转化为四个独立的单输入/单输出系统,从而使得每组控制力可以单独控制对应阶声辐射模态的伴随系数。模拟仿真结果表明,该方法能够实现系统解耦控制,使辐射声功率明显降低。     

H∞控制理论在管道降噪中的仿真实验研究

本文运用H∞控制理论建立管道内一维声场的前馈式噪声主动控制模型,将前馈控制器设计问题转化为标准的H∞控制问题,为有效地消减次级声场对参考传声器的声反馈影响,声反馈通道被融合于控制器的设计过程中,以保证ANC系统的稳定性和降效果,计算机仿真结果表明,该系统能够稳定运行,并且可有效地降低截止频率以下频段的噪声,在设定频带内达到了较好的降噪效果。∞     

空气弹簧隔振器主动控制的鲁棒控制方法研究

在实际工程中，任何系统都无法避免各种不确定性因素，鲁棒控制能够较好地解决这类具有各种不确定性系统的控制问题。主要针对空气弹簧主动隔振系统存在的模型不确定问题，采用H∞控制方法设计隔振系统的控制器。仿真结果证明，系统存在一定程度的不确定性时，和常规PID控制器相比，H∞鲁棒控制器能够使闭环系统仍保持稳定，并且仍能改善被动隔振特性。     

谐波干扰作用下柔性结构振动的增益调度H∞控制

针对柔性结构受到随系统运行工况的变化而改变频率的谐波干扰作用下的振动控制问题，提出了一种新的增益调度H∞控制器设计方案，首先，对谐波干扰信号建模，并将该模型与系统结构模型结合形成广义模型，然后，选取二次性能指标将谐波干扰作用下振动抑制问题转换为标准的H∞控制器设计问题，最后，采用增益调度技术对典型谐波频率所设计H∞控制器的输出进行模糊加权插值，从而获得随谐波干扰频率变化的控制器输出，通过与LQC和一般的H∞控制器进行数值的仿真比较，验证了方法的有效性。     

压电智能板结构的鲁棒非脆弱H∞振动控制

研究了压电智能板结构的非脆弱H∞鲁棒振动控制问题,在导出其有限元运动微分方程后,对其进行解耦,在状态空间中利用最小实现和平衡降阶法对其进行降阶处理.考虑其被控模态参数的不确定性,建立了模态参数不确定性模型.基于线性矩阵不等式(LMI)方法,设计鲁棒非脆弱H∞状态反馈控制器.以智能悬臂板结构为例表明了该方法的有效性.     

基于频率整型的H∞主动悬架控制研究

以2自由度1／4车辆悬架动力学模型为研究对象，通过H∞控制方法，应用频率加权函数对系统的输出性能进行必要的整型，可以明显提高系统性能；由系统对随机路谱和确定性路谱的响应分析可知，H∞控制使得悬架系统的性能得到较大的提高，在人体敏感频带内车身加速度水平得到了显著的降低。此外，在选择同样加权函数的情况下，H∞控制与H∞控制进行了比较，并分析了两种控制的各自特点和优势所在。     

基于混合灵敏度方法的EPAS系统控制研究

建立汽车模型和EPAS系统动力学模型,针对EPAS系统中存在的传感器噪声和路面干扰等难题,将基于混合灵敏度设计方法的H∞鲁棒控制理论应用于汽车EPAS系统的控制研究,设计混合灵敏度H∞鲁棒控制器,并与PID控制器进行仿真比较。仿真结果表明,采用H∞控制器能有效地抑制传感器噪声和路面干扰,提高了系统的抗干扰性能,增强了系统的鲁棒性。     

小区间参数不确定性高阶系统的振动控制研究

针对复杂高阶不确定性系统的鲁棒H∞振动控制难题,基于小区间参数不确定性系统降阶方法的研究,系统地给出了包含降阶对象的构建、不确定性系统的降阶、鲁棒控制器的求解以及鲁棒性验证等在内的一整套研究策略和分析方法。为保障整个分析和求解过程的顺利进行,分析了高阶矩阵指数函数一阶偏导数求解困难的根源以及利用数值微分法的解决策略,并给出了一类维数较小的不确定性矩阵分解方法。最后通过算例表明了整个分析过程和求解方法的合理性和可行性。     

鱼雷纵向运动二次型稳定H∞控制

讨论了二次型稳定H∞鲁棒控制理论及其在鱼雷纵平面航行控制中的运用．用模型的参数摄动来描述鱼雷纵平面航行模型的建模误差，设计了基于状态反馈的H∞控制器，并对系统进行了分析和仿真．所设计的控制器在被控对象存在一定范围参数摄动的情况下，仍能使系统保持预期的性能．     

参数不确定电梯机械系统振动的H∞鲁棒控制

本文在阐述参数不确定性系统的鲁棒稳定及其控制器设计问题基础上,讨论应用H∞控制理论同时考虑鲁棒稳定与干扰抑制问题的控制器设计。最后考虑模型参数不确定性电梯系统振动的H∞鲁棒控制。数值仿真结果表明,控制算法是有效的,控制效果是明显的。     

双振动台随机振动综合控制研究

阐述了应用于双振动台随机振动综合控制系统的理论框架和试验控制方法。在不考虑互谱的情况下，本文提出一种新的比例均方根修正算法，能够快速平稳地使控制谱得到收敛，并满足参考谱的要求。同时针对多点加权综合控制的问题，首次提出了用最优条件数选取主控矩阵的方法，该方法具有最优的数值稳定性，可实现综合控制的所有要求。试验结果表明各项控制精度均满足实际工程要求。     

基于T-S模型的汽车主动悬架H∞控制研究

建立了1/2车4自由度主动悬架的T-S模糊模型,提出了基于该模型的悬架模糊H∞控制器设计方案。考虑系统部分状态不能直接量测的情况,设计了状态观测器,并应用线性矩阵不等式方法求出了模糊控制律。所设计的模糊控制器,使得闭环模糊系统全局渐近稳定,并获得了H∞控制性能。仿真结果表明所设计的主动悬架与被动悬架相比,系统能快速稳定,其舒适性和平顺性也得到了显著改善。     

重载车辆油气悬架不确定分析及H∞控制器设计

重载车辆由于路况和行驶工况的复杂性,使系统不确定性不能忽略,因此,在悬架控制器设计时对系统不确定的考虑应该引起特别的重视。利用线性分式变换理论对二自由度车辆油气主动悬架系统进行不确定建模分析,通过H∞控制和结构奇异值理论,设计了满足系统要求的鲁棒H∞控制器。结果表明,在给定的不确定范围内,鲁棒H∞控制器在满足系统名义性能的同时,油气主动悬架闭环系统获得了较好的鲁棒稳定性和鲁棒性能。     

柔性结构振动预测控制的仿真研究

针对柔性结构的振动问题，提出了用预测控制方法来实现对振动的主动控制。建立了由压电作动器和应变片传感器组成的悬臂梁实验系统的控制模型，用动态缩聚的方法对梁的有限元模型进行降阶，根据这个降阶模型设计了一个预测控制器，将其应用于系统的振动控制，并给出了预测步长和控制步长对控制性能的影响。仿真结果表明该预测控制方法能够有效地抑制柔性结构的振动。