收藏本站
《上海交通大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

结构振动的时滞反馈控制及其实验研究

陈龙祥  
【摘要】: 主动控制系统中不可避免的存在着时滞现象,它有时是控制系统本身所固有的,如传感器信号的采集和传输、控制器的计算、作动器的作动过程等,有时是人为引入进去的,如数字滤波器的使用等。时滞会使得最后作用于结构的控制力产生不同步,导致在系统不需要能量时作动器向系统输入能量,有可能引起控制效率的下降或控制系统失稳。另外,即使原动力学系统本身是线性的,在加入控制环节和考虑时滞后,系统也会呈现出非线性诸多复杂的动力学行为。因此,对控制系统中时滞问题的研究具有重要的理论意义和实际应用价值。时滞问题也是目前数学、控制、力学和结构工程等研究领域的热点前沿方向之一。 时滞问题的研究大体可以分为两方面:时滞消除技术,时滞利用技术。时滞消除技术认为时滞是“坏”因素,应当在控制设计中消除它对系统性能所造成的负面影响,目前常采用的方法有泰勒技术展开法、移项技术、状态预估法等。时滞利用技术则是不考虑控制系统本身所固有的时滞量,而是人为地向系统中引入时滞量,将时滞作为一个设计参数和利用时滞进行控制反馈,通过调整时滞量的大小以取得满意的系统性能和控制效果,如时滞阻尼器、时滞滤波器、混沌时滞控制、利用时滞改善系统稳定性等。虽然目前人们关于时滞问题已经进行了大量研究,取得了许多成果,但是多数的研究是在理论上进行探讨,少有实验研究报道。另外,目前的研究多数考虑的是单时滞问题,多时滞问题的研究较少。 本论文在国家自然科学基金(编号:10772112,10472065)、教育部重点项目(编号:107043)、教育部博士点专项基金(编号:20070248032)和上海市教育委员会科研重点项目(编号:09ZZ17)的资助下,开展了结构主动控制中多时滞问题的研究,并且进行了大量实验验证。主要研究内容和成果总结如下: (1)对离散形式的多时滞问题处理方法进行了研究。结构模型分别考虑了有限自由度系统(建筑结构)和分布参数系统(柔性梁、柔性板)。在时滞控制律设计中,通过一种特殊的状态变量增广,将包含有时滞项的时滞微分方程转换成形式上不包含有时滞项的标准差分状态方程形式,然后采用离散最优控制方法和离散变结构控制方法进行了时滞控制律的设计。论文中给出了时滞控制律的详细设计过程和各个变量详细的迭代计算格式,并且给出了时滞系统的稳定性判据。在所设计的时滞控制律的表达式中,不但包含有当前步的状态反馈,而且包含有前若干步控制项的线性组合。由于时滞控制律是直接通过时滞微分方程进行设计而得出,而且在设计过程中无需做任何近似和假设处理,因此这种时滞问题处理方法易于保证控制系统的稳定性,不但可以处理小时滞量问题,也能处理大时滞量问题。仿真结果显示出,该方法是可行的和有效的。另外,论文中还采用可控Gramian矩阵和粒子群优化算法对柔性板上压电作动器的优化位置进行了详细研究。 (2)对连续形式的多时滞问题处理方法进行了研究。结构模型考虑了柔性机械臂系统,系统模型采用了一次近似模型,控制方法采用了最优跟踪控制方法,柔性机械臂上粘贴有压电作动器。在连续形式的多时滞控制律的设计中,通过一种特殊形式的积分变换,将系统的时滞微分方程转换成形式上不包含有时滞项的标准状态方程形式,系统维数保持不变,控制律的设计可以针对该标准状态方程进行设计而得出。论文中给出了连续形式多时滞控制律的设计过程,以及积分变换中的积分项的迭代计算格式。仿真中分别考虑了如下三种情况:(i)仅使用关节扭矩进行系统控制,关节扭矩存在时滞,(ii)使用关节扭矩和压电作动器同时进行系统控制,仅压电作动器存在时滞;(iii)使用关节扭矩和压电作动器同时进行系统控制,两者存在不同的时滞量。仿真结果显示,时滞控制律能够有效地保证机械臂系统在有限时间到达预定位置,并且机械臂的残余振动可以得到有效抑制。 (3)基于DSP控制卡开展了柔性梁、柔性板和柔性机械臂系统的单时滞和多时滞的主动控制实验研究,进行了实验方案的设计和DSP程序的二次开发,解决了数据处理、差分电路、摩擦补偿等诸多实验中的问题,通过实验验证了以上离散和连续形式多时滞控制律的有效性。 (4)对时滞动力学系统的时滞辨识问题进行了研究和探索。研究中,将时滞辨识转化为一个优化问题,以一段时间内系统的预估响应与真实响应之差的绝对值之和作为目标函数,采用粒子群算法作为优化算法,开展了单时滞和多时滞的辨识研究。仿真结果显示,所给时滞辨识方法能够有效地辨识出控制系统中的时滞量。 时滞问题是一个具有挑战性的研究课题,许多方面还需要进一步深入研究与探讨,因此在论文的最后,对本文的研究工作和成果进行了全面总结,对未来的研究问题进行了展望。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:O327

手机知网App
【引证文献】
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 刘锟;陈龙祥;蔡国平;;非线性和滞回特性建筑结构的时滞主动控制[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 赵童;陈龙祥;蔡国平;;柔性板的时滞H_∞控制的理论与实验研究[A];全国结构振动与动力学学术研讨会论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 冯驹;拟哈密顿系统非线性随机最优控制的若干问题研究[D];浙江大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李艳灵;李刚;;粒子群优化算法研究进展[J];重庆工学院学报(自然科学版);2007年05期
2 田石柱,李暄,欧进萍;结构主动控制系统时间滞后测量与补偿方法[J];地震工程与工程振动;2000年04期
3 侯晓丽;胥布工;;不确定多时滞系统的滑模控制[J];电机与控制学报;2007年04期
4 王家祥;何信;;误差补偿和时滞辨识预测控制算法[J];电子科技大学学报;2005年06期
5 戈新生;崔玮;赵秋玲;;刚柔性耦合机械臂轨迹跟踪与振动抑制[J];工程力学;2005年06期
6 李恩奇;李道奎;唐国金;雷勇军;;约束层阻尼圆柱壳动力学分析[J];工程力学;2008年05期
7 李恩奇;唐国金;雷勇军;李道奎;;约束层阻尼板动力学问题的传递函数解[J];国防科技大学学报;2008年01期
8 王波,殷学纲,黄尚廉;压电自感知悬臂梁振动的主动控制研究[J];固体力学学报;2004年01期
9 陈岩;;利用压电陶瓷对柔性悬臂梁进行主动控制试验研究[J];甘肃联合大学学报(自然科学版);2008年06期
10 张景绘,李新民;主、被动振动控制一体化理论及技术(Ⅲ)——杂交阻尼[J];强度与环境;2004年03期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王成华;高文梅;李成;;粒子群优化算法搜索土坡临界非圆弧滑动面[J];四川建筑科学研究;2007年05期
2 李爽;;随机时滞系统周期间歇控制同步[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年03期
3 吴桂芳,陈志祥;一种新型锗霍尔元件研制[J];安徽大学学报(自然科学版);1999年01期
4 Z.H.Wang;H.Y.Hu;;A modified averaging scheme with application to the secondary Hopf bifurcation of a delayed van der Pol oscillator[J];Acta Mechanica Sinica;2008年04期
5 Masakazu Haraguchi;;A new reduction-based LQ control for dynamic systems with a slowly time-varying delay[J];Acta Mechanica Sinica;2009年04期
6 ;Active control and experiment study of a flexible hub-beam system[J];Acta Mechanica Sinica;2010年02期
7 ;Delayed feedback control experiments on some flexible structures[J];Acta Mechanica Sinica;2010年06期
8 宋维源;肖挺杨;李吉;;管道振动控制技术现状及展望[J];安全与环境学报;2012年03期
9 张剑;李大卫;;基于粒子群优化和两性二倍体的遗传算法及其应用[J];鞍山科技大学学报;2006年04期
10 邹宝松,许静,姜世艳;自动控制板材定尺剪切的方法初探[J];鞍山钢铁学院学报;1995年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘锟;陈龙祥;蔡国平;;非线性和滞回特性建筑结构的时滞主动控制[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
2 孙秀婷;徐鉴;;时滞导致耦合van der Pol系统的双Hopf分岔分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
3 徐荣改;徐鉴;;时滞全速度差模型的Hopf分岔分析[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
4 孙艺瑕;徐鉴;;一类两自由度分段线性系统的时滞反馈控制[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
5 张舒;徐鉴;;两时滞诱发的Internet拥塞控制模型的复杂非线性动力学研究[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
6 张晓旭;张呈波;宋汉文;;非线性系统的时滞反馈参数辨识[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
7 张士峰;张辉;;高精度测量的被动隔振研究[A];安徽省第五届“兴皖之光”青年学术年会论文集(理科卷)[C];2005年
8 张欣;王云宽;郑军;;永磁同步电机矢量控制安排过渡过程方法的研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 张国柱;陈杰;李志平;;一种直线电机伺服系统自抗扰控制器的设计方法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 丛亮;胡成全;郭宗鹏;姜宇;沙丽华;;基于模拟退火思想的基本粒子群算法改进[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王晓静;红松种群数学模型及其动力学行为研究[D];北京林业大学;2011年
2 万宇宾;交流伺服系统自适应滑模控制理论与方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 姚宗健;横向振动在周期复合结构板中传播问题的研究[D];北京交通大学;2010年
4 吴争光;广义时滞系统的分析与综合[D];浙江大学;2011年
5 栗伟;催化裂化过程建模与应用研究[D];浙江大学;2010年
6 刘永强;基于磁流变阻尼器的高速动车组半主动控制与时滞分析[D];北京交通大学;2011年
7 郝瑞参;磁性液体微压差传感器的理论及实验研究[D];北京交通大学;2011年
8 孙卫明;科学与工程计算中的Fourier级数多尺度方法[D];北京交通大学;2011年
9 唐志国;机械臂操作柔性负载系统分布参数建模与控制方法研究[D];吉林大学;2011年
10 孟雪井;无界延迟随机微分方程的渐近性质[D];华中科技大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 凡汉云;碳纤维复合材料电磁检测试验研究[D];南昌航空大学;2010年
2 刘奇;基于混合粒子群算法的ZnO镀膜光纤传感器的参数优化[D];南昌航空大学;2010年
3 陈铮;基于激光扫描数据的交通信息采集平台设计与实现[D];山东科技大学;2010年
4 许继影;一类非线性时滞系统的稳定性及鲁H_∞控制[D];广西师范学院;2010年
5 马兴瑞;船舶液压舵机系统中的流体噪声控制[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 李萌;主动式动力消振器研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王允峰;船舶纵横摇和升沉运动预报方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 孔庆珊;光电跟踪系统的设计与实现[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 陈凤;基于精细积分法的压电智能结构振动最优控制[D];大连理工大学;2010年
10 胡波;BS公司绿色制造技术应用模式研究[D];大连理工大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 应祖光;洪沁;;一种基于随机平均的最优时滞控制方法[J];动力学与控制学报;2008年03期
2 于骁;谭述君;林家浩;;地震作用下建筑结构基于平衡降阶的时滞离散H_∞控制[J];工程力学;2008年02期
3 ;STOCHASTIC OPTIMAL VIBRATION CONTROL OF PARTIALLY OBSERVABLE NONLINEAR QUASI HAMILTONIAN SYSTEMS WITH ACTUATOR SATURATION[J];Acta Mechanica Solida Sinica;2009年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 王永;不确定拟Hamilton系统的非线性随机最优控制的鲁棒性与其鲁棒控制[D];浙江大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 袁芳;时滞反馈控制对悬臂输液管系统稳定性的影响[D];同济大学;2008年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 赵国伟,黄海,夏人伟;柔性自适应桁架及其振动最优控制实验[J];北京航空航天大学学报;2005年04期
2 丁希仑,陈伟海,张启先;空间机器人柔性臂动力学模糊控制的研究[J];北京航空航天大学学报;1999年01期
3 关世伟;蜂窝夹层结构剥离应力分析[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
4 边宇枢,陆震;柔性机器人动力学建模的一种方法[J];北京航空航天大学学报;1999年04期
5 董维杰,孙宝元,崔玉国,杨志欣;基于压电自感知执行器悬臂梁振动控制[J];大连理工大学学报;2001年01期
6 吕振肃,侯志荣;自适应变异的粒子群优化算法[J];电子学报;2004年03期
7 李爱国;多粒子群协同优化算法[J];复旦学报(自然科学版);2004年05期
8 刘启明;模糊滑模变结构控制设计[J];复旦学报(自然科学版);2004年05期
9 赵超,周军,周凤岐;大型复合航天器的建模与分散控制技术[J];飞行力学;1998年03期
10 徐胜今,孔宪仁,王本利,马兴瑞,张晓超;正交异性蜂窝夹层板动、静力学问题的等效分析方法[J];复合材料学报;2000年03期
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 刘春霞;空间大型可展开天线的控制研究[D];西安电子科技大学;1999年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨芳;;四阶线性具多时滞脉冲微分方程的振动性[J];广西师范学院学报(自然科学版);2007年04期
2 屈百达,黄小原;多时滞系统H_∞鲁棒控制(英文)[J];控制理论与应用;1999年06期
3 马新军,胥布工,刘秀湘,彭达洲;线性不确定多时滞系统的稳定性新判据[J];系统工程与电子技术;2004年11期
4 董文雷;杨建法;周鸿娟;;一类中立型差分方程正解的存在性[J];河北师范大学学报(自然科学版);2006年06期
5 董文雷;;具正负系数的多滞量中立型差分方程的振动性[J];河北师范大学学报(自然科学版);2006年02期
6 刘兰初;刘光辉;;一类具有多时滞的差分系统的振动准则[J];大学数学;2006年05期
7 毛北行;李巧利;卜春霞;;多时滞线性切换系统的H_∞控制[J];数学的实践与认识;2010年13期
8 屈百达,陆殿生,刘庆君;多时滞系统H∞状态反馈设计准则[J];辽宁大学学报(自然科学版);1998年04期
9 刘兴元;;多时滞非线性差分方程振动解的渐近性[J];邵阳学院学报(自然科学版);2006年02期
10 范格华;董玉才;张玲;崔丽威;;一类多时滞泛函微分方程周期正解的存在性[J];装甲兵工程学院学报;2011年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 蔡国平;陈龙祥;;柔性结构时滞反馈控制的若干研究进展[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
2 陈龙祥;蔡国平;;柔性悬臂梁的多时滞最优控制[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
3 蔡国平;陈龙祥;;压电柔性悬臂板的多时滞主动控制[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
4 陈龙祥;蔡国平;;基于粒子群算法的时滞动力学系统的时滞辨识[A];第十二届全国非线性振动暨第九届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议论文集[C];2009年
5 黄得壮;;浅谈4900CarsPCTC柔性结构设计[A];福建省科协第十届学术年会船舶及海洋工程分会论文集[C];2010年
6 蔡国平;;柔性机械臂主动控制中的时滞问题[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(下)[C];2005年
7 杨佑发;熊丽;祝辉;;框架结构主动控制系统的时滞补偿方法[A];2010年海峡两岸材料破坏/断裂学术会议暨第十届破坏科学研讨会/第八届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2010年
8 张国琪;丁建钊;吴宏鑫;;基于特征模型的柔性机械臂自适应补偿控制[A];2007年中国智能自动化会议论文集[C];2007年
9 赵艳影;;时滞反馈控制扭转振动系统的振动[A];第十三届全国非线性振动暨第十届全国非线性动力学和运动稳定性学术会议摘要集[C];2011年
10 代晶辉;刘军龙;;结构振动主动控制的时间滞后问题及其补偿[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 田红 记者 胥茜;论文无创新 一票能否决[N];中国教育报;2005年
2 记者 欧阳春艳;全国百篇优秀博士学位论文评选揭晓[N];长江日报;2005年
3 王握文周珞晶 吴丹;11篇全国优秀博士学位论文的启示[N];科技日报;2008年
4 本报特约通讯员  汤宏;播撒创新的种子[N];解放军报;2006年
5 学位办;研究生院奖励优秀博士学位论文[N];中国社会科学院院报;2008年
6 徐宜军;哈工大博士学位论文实行匿名评议制度[N];新华每日电讯;2005年
7 周玲玲;2007年全国优秀博士学位论文评选结果公布[N];中国教育报;2007年
8 王曼;充分利用院图书馆特色文献信息资源[N];中国社会科学院院报;2005年
9 记者 王坤宁;国图馆藏博士学位论文陆续结集[N];中国新闻出版报;2007年
10 记者  杨晨光;创新体制机制提高研究生教育质量[N];中国教育报;2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 陈龙祥;结构振动的时滞反馈控制及其实验研究[D];上海交通大学;2009年
2 李雪平;拟线性系统在宽带随机激励和多时滞反馈控制下的响应、稳定性及首次穿越时间[D];浙江大学;2008年
3 雷凡;水下柔性结构流固耦合动力效应研究[D];武汉理工大学;2011年
4 王勇;Rhomboid蛋白家族新成员[D];中国协和医科大学;2006年
5 林雯;人睾丸特异表达基因HSD-3.8编码蛋白质的功能研究[D];中国协和医科大学;2002年
6 田新勇;1. 人精子膜蛋白YWK-Ⅱ的功能研究 2. 应用酵母双杂交系统寻找tSH3p13、HSD-3编码蛋白的结合物[D];中国协和医科大学;2001年
7 尹雪茜;人精子膜蛋白YWK-Ⅱ蛋白/APLP2与穆勒氏管抑制性物质(MIS)的相互作用及其信号传导通路[D];中国协和医科大学;2004年
8 吴静;人神经系统特异表达基因BRI_3编码蛋白的初步功能研究[D];中国协和医科大学;2003年
9 胡琼莹;L-脯氨酸—间—双(2-氯乙)胺基-L-苯丙氨酰基-L-正缬氨酸乙酯盐酸盐(MF13)的抗肝癌作用及其分子机制的研究[D];中国协和医科大学;2004年
10 洪梅;艾滋病的靶向基因治疗[D];中国协和医科大学;2000年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 汪性武;柔性机械臂的振动控制[D];南京航空航天大学;2004年
2 杜彦钦;高速列车受电弓主动控制系统[D];西南交通大学;2012年
3 王志春;天兴洲大桥纵向地震反应的主动控制[D];武汉理工大学;2007年
4 安威;一类非线性金融学混沌系统的时滞反馈控制[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 刘丽琼;分数阶系统的稳定性[D];电子科技大学;2012年
6 樊猛;柔性机械臂路径优化及控制[D];西安电子科技大学;2010年
7 杨康华;柔性机械臂的振动控制与实验研究[D];北京邮电大学;2011年
8 俞爱兰;柔性机械臂振动控制及优化研究[D];华东交通大学;2011年
9 陈泽塔;柔性机械臂的建模与控制研究[D];西安电子科技大学;2012年
10 李兴修;柔性机械臂的振动控制研究[D];东北大学;2010年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026