復雜激勵環(huán)境下分布式結(jié)構(gòu)的振動主動控制研究.pdf

1、復雜激勵作用下的振動控制涉及到結(jié)構(gòu)動力學，控制理論，信號處理，計算機應(yīng)用等多個交叉學科領(lǐng)域。分布式結(jié)構(gòu)在復雜激勵作用下具有復雜的動力學行為，長期以來一直吸引著廣大學者的關(guān)注。復雜激勵會使這類結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分叉、混沌等非線性動力學行為。由于這類受控結(jié)構(gòu)具有連續(xù)性特點，擁有無窮維數(shù)，對其進行理論分析具有相當大的困難。另外，通過計算機或DSP等硬件設(shè)施進行控制器設(shè)計時，容易引起觀測和控制溢出的問題，從而導致系統(tǒng)失穩(wěn)，這對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，研究復雜激勵作用下分布式結(jié)構(gòu)的控制問題具有極大的挑戰(zhàn)性，同時具有很強的工程應(yīng)用背景和科學意義。
　　 本文以風洞測力模型受跨聲速風載作用下的振動控制為背景，研究分布式結(jié)構(gòu)受復雜激勵作用下的系統(tǒng)動力學控制問題。論文的主要研究內(nèi)容和學術(shù)貢獻如下：
　　 1.針對模型參數(shù)已知的受控對象，進行輸入估計控制方法的研究。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)計和求解過程中。研究

3、表明，結(jié)合隨機游走模型能夠?qū)⑾到y(tǒng)轉(zhuǎn)換為不顯含系統(tǒng)外擾的狀態(tài)方程。針對該新方程進行Kalman濾波估計得到系統(tǒng)狀態(tài)，其中包含未知外擾的估計值。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式。
　　 2.研究了濾波器時滯對受控系統(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)生的固定時滯現(xiàn)象。并進一步分析該時滯對控制系統(tǒng)動力學的影響，通過分析得到系統(tǒng)穩(wěn)定時滯區(qū)域。
　　 3.研究了系統(tǒng)存在輸出時滯情況下的控制方法，提出基于時滯利用和消除的控制器設(shè)計方法。在時滯利用方面，根據(jù)系統(tǒng)穩(wěn)定時滯區(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的時滯量，以此為依據(jù)對系統(tǒng)時滯重新設(shè)定以提升控制效果。另外，在時滯消除控制方法的研究方面，建立了不顯含時滯的離散狀態(tài)方程，結(jié)合LQ控制方法實現(xiàn)基于固定時滯的振

5、動主動控制研究。
　　 4.考慮濾波器過渡帶非線性相頻特性，研究由此產(chǎn)生的可變時滯現(xiàn)象。在處理這一問題過程中采用相位補償法將原本含有可變時滯的系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為固定時滯系統(tǒng)，為進一步研究消除總體時滯建立可靠的輸出時間序列。
　　 5.進行時間序列預測方法的研究，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，同時采用隨機近似方法對其進行求解，得到無時滯的估計輸出序列。這一過程從根本上消除了時滯的影響，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)實際工程應(yīng)用和試驗研究的需求，分別建立工程控制系統(tǒng)和地面試驗系統(tǒng)。結(jié)合Borland C++軟件開發(fā)平臺編制控制軟件，通過對DAQ2206數(shù)采卡進行接口和信號傳輸操作，實現(xiàn)計算機與恒流源、功率放大器等外部設(shè)備的通訊。采用多線程技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收、輸送以及計算機內(nèi)部運算的同步進行，為控制系統(tǒng)的實時工作提供保障。
　　 7.結(jié)合地面試驗控制系統(tǒng)對文中提出的控制方法進行試驗驗證，同