不確定結構（系統(tǒng)）控制的性能分析與綜合.pdf

1、由于不確定性的客觀存在，研究不確定性對結構與系統(tǒng)的性能影響程度，以及對不確定性結構和系統(tǒng)控制方法的綜合分析與設計越來越受到科學界和工程界的高度重視，并且已成為當前結構力學研究領域和控制理論研究領域中的熱點問題之一。本文分別對不確定結構的靜力和動力響應分析、不確定結構和系統(tǒng)的控制性能分析與控制器的綜合設計等方面進行了分析與研究，主要工作內容如下： 1、模糊性區(qū)間參數桁架結構的靜力和動力分析 考慮具有模糊性區(qū)間參數的桁架結構

2、，用具有區(qū)間值隸屬函數的區(qū)間因子表征參數的不確定性，分別建立了桁架結構的靜力學有限元方程和動力學方程?；趨^(qū)間數學和區(qū)間值模糊集合的相關理論，推導出了模糊性區(qū)間參數桁架結構靜力位移、單元應力和固有頻率的求解公式，并且對相關計算結果的區(qū)間值隸屬函數的求解給出了一種離散數值解法。仿真算例結果表明，該方法可以考察每一參數的不確定性對結構靜力和動力分析結果的影響，其分析與求解的過程較為簡便易行，且計算量小、計算效率較高。 2、隨機參數結

3、構最優(yōu)控制的閉環(huán)響應分析 分別對物理參數和幾何參數均具有隨機性的隨機桁架結構，以及物理參數為隨機性的隨機平面梁結構，在確定性參數結構的基礎上，在模態(tài)坐標下對其降階進行最優(yōu)控制?；诮齐x散化的方法得到了結構最優(yōu)控制閉環(huán)響應的近似解?？紤]結構參數的隨機性導致的狀態(tài)方程中矩陣參數的隨機性，對上述隨機結構最優(yōu)控制的閉環(huán)響應進行了研究分析，揭示了其結構各參數的隨機性與結構最優(yōu)控制閉環(huán)響應隨機性之間的關系。通過算例考察了結構各個參數的隨機

4、性對結構最優(yōu)控制閉環(huán)響應隨機性的影響，獲得了許多有意義的結論。經與MonteCarlo數值模擬法的結果比較，驗證了文中理論分析和計算方法的正確性。 3、隨機智能梁結構振動控制的特征值分析 建立了壓電智能梁結構的控制模型，在模態(tài)坐標下采用極點配置法對其進行振動控制。考慮智能梁結構物理和幾何參數的隨機性，從隨機智能梁結構剛度矩陣和質量矩陣中提取出隨機因子并將其引入振動控制方程，用隨機因子來表示控制方程中參數的隨機性。并利用代

5、數綜合法推導出隨機智能梁結構振動控制的開環(huán)和閉環(huán)特征值的均值和方差的表達式。同時，應用3σ準則對隨機參數智能梁結構振動控制的閉環(huán)穩(wěn)定性進行了分析，得出了穩(wěn)定性的判據。仿真算例表明：本文提出的基于概率的隨機智能梁結構振動控制特征值的分析和求解方法是可行的，且計算結果表明，對于特征值實部和虛部分散性的影響，幾何參數的作用要大于物理參數的作用。 4、不確定智能結構振動的魯棒PID控制及其時滯穩(wěn)定性分析 對存在參數不確定性的智能

6、梁結構的振動控制，利用解耦的模態(tài)坐標，結合常規(guī)PID控制、保成本魯棒控制以及H8控制的優(yōu)點，提出一種魯棒PID控制的設計方法，并給出了必要的理論依據及具體的推導和論證過程。該方法將PID控制器的參數整定問題轉化為線性矩陣不等式凸優(yōu)化問題的求解，從而針對不確定結構的振動控制設計出一種復合PID控制器。同時，考慮到實際中存在的時滯因素，分析了控制系統(tǒng)的時滯穩(wěn)定性，得出了能使系統(tǒng)穩(wěn)定的最大允許時滯量的求解方法。通過仿真算例可以看出，在允許的最

7、大時滯量內，魯棒PID控制算法能使系統(tǒng)保持穩(wěn)定。而超出允許的最大時滯量時，控制系統(tǒng)將發(fā)散。此外，文中還得出了系統(tǒng)的抗干擾能力和允許的最大時滯量之間是相互制約的這一結論。從而為不確定智能結構的振動控制提供了一種新的設計思路和方法。 5、智能PID控制在不確定電弧爐系統(tǒng)中的應用研究 針對具有參數不確定性且三相電流耦合的電弧爐系統(tǒng)，設計了一種智能PID控制算法，該算法首先利用遺傳算法離線優(yōu)化控制器的參數，在獲得初始最優(yōu)參數后，