工程柔性結(jié)構(gòu)振動控制中的時滯動力學(xué)研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

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柔性結(jié)構(gòu)的振動進(jìn)行控制。然而,控制器本身、信號采集處理、控制律運(yùn)算和信號傳輸?shù)阶鲃悠黜憫?yīng)等都存在一定的時滯,盡管實(shí)際控制中時滯很小,但仍會使作動器在受控系統(tǒng)不需能量時向其輸入,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)中的時滯動力學(xué)對控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計具有明顯的意義。此外,柔性結(jié)構(gòu)振動控制中的時滯問題已經(jīng)成為受控結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)及其相關(guān)控制設(shè)計的重要組成

2、部分。
   為了全面揭示時滯因素在柔性結(jié)構(gòu)振動控制系統(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))為對象開展研究。基于Hamilton原理,針對索、梁及索-梁組合結(jié)構(gòu)受控系統(tǒng)建立連續(xù)模型,同時考慮MR阻尼器-結(jié)構(gòu)振動控制系統(tǒng)中的時滯因素,以及采用時滯反饋控制策略,引入時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)振動控制系統(tǒng)中的時滯效應(yīng),并在理論分析與數(shù)值計算的基礎(chǔ)上,分析了受控系統(tǒng)各參數(shù)(如時滯,控制增益等)對控制效果的影響,為控制系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計提供理論基礎(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)的非線性動力學(xué)及其振動控制研究進(jìn)行了綜述,并著重突出了控制系統(tǒng)中的時滯問題。
   2.為研究MR阻尼器-斜拉索振動控制系統(tǒng)的時滯效應(yīng),探究

4、其對結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的影響,本論文基于Hamilton原理建立了考慮時滯作用下的MR阻尼器,斜拉索振動控制系統(tǒng)連續(xù)模型,利用多尺度法,對受控系統(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)動方程。運(yùn)用Galerkin方法將偏泛函微分動力系統(tǒng)離散為時滯微分動力系統(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)降維后的振幅截斷方程,討論了原系統(tǒng)的非線性動力學(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、,從理論上得到了時滯動力系統(tǒng)的分岔響應(yīng)。
   5.基于Hamilton原理,利用動靜法精細(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)動方程,進(jìn)而利用時滯反饋控制對索-梁組合結(jié)構(gòu)的大幅振動進(jìn)行控制。著重探討時滯及控制增益對受控系統(tǒng)的影響,從而為索-梁組合結(jié)構(gòu)的振動控制提供一種新思路。
   上述研究成果表明:時滯是振動控制系統(tǒng)中的不容忽視的一個重要因素;系統(tǒng)在小時滯作用下具有魯棒性,而隨著時滯量的增大,

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