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专利号: 201610537313X
申请人: 西安工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 控制;调节
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种鲁棒非脆弱H∞结构振动控制方法,其特征在于,该方法,具体通过以下步骤为实现:步骤一:建立带有控制装置的结构动力学模型;

步骤二:估计结构参数不确定性的幅值,基于Lyapunov稳定性原理,在保证控制系统稳定的前提下,在校正的结构动力学模型中确定结构参数不确定性影响;

步骤三:基于二次型最优性能指标,求解保证控制系统稳定的线性矩阵不等式,获得相对最优的鲁棒非脆弱H∞控制力,输入所述鲁棒非脆弱H∞控制力到作动器,对实体结构实现有效振动控制。

2.根据权利要求1所述的鲁棒非脆弱H∞结构振动控制方法,其特征在于,所述步骤一中,所述建立带有控制装置的结构动力学模型,具体包括以下步骤:步骤101:根据结构具体特性假设相应的模态阻尼比,建立实体结构的有限元模型,对所述有限元模型进行自由振动反应分析,得到相应的模态频率;

步骤102:收集实体结构上加速度传感器、速度传感器或位移传感器所测量的数据,然后基于结构模态参数识别方法对实体结构的主要频率和阻尼比进行识别,以前5-9阶频率和阻尼比值作为主要参考值,根据识别的模态参数值,校正并升级实体结构的有限元模型;

步骤103:提取所述有限元模型的结构质量、刚度和阻尼参数数值,建立一个自由度数为n的受控结构的运动方程

式中,X、 分别是结构的位移向量、速度向量和加速度向量;M=diag[m1,m2,…,mn]为(n×n)维结构的质量矩阵(mi为第i层的集中质量);Bs是为(n×r)维控制力位置矩阵;

U(t)为r维控制力列向量;C和K分别为(n×n)维结构阻尼和刚度矩阵;{-1}是元素为-1的列向量;w(t)为结构所受外部扰动分量;步骤104:将式(1)化为状态方程

系统输出矩阵为

式中:

Γ=[Cd Cv],

其中:Z(t)是2n维状态列向量;A是2n×2n维系统矩阵;B是2n×r维矩阵;H是2n×1维矩阵。

3.根据权利要求1或2所述的鲁棒非脆弱H∞结构振动控制方法,其特征在于,所述步骤二中,所述在校正的结构动力学模型中确定结构参数不确定性影响,具体包括以下步骤:步骤201:比较升级有限元模型与所识别模态频率间的误差,并且考虑建模时有限元模型与实体结构间可能产生的模型误差以及部分荷载不确定性因素的影响,预估结构质量、刚度和阻尼不确定性的幅值分别为ΔM、ΔK、ΔC,而且,考虑作动器输出控制力与计算控制力间的误差,设其不确定性的幅值为 其中质量不确定性矩阵ΔM有界且满足条件||ΔMM-1||≤||δ||<1    (4)步骤202:根据所考虑的结构质量、刚度、阻尼和控制力不确定性的影响,重新描述式(1)为

令(I+δ)(I+δ')=I,则式(5)可化为

式(6)可化为以下状态方程

式中

其余参数的表达式同标称结构系统(即式(2)),

其中

δK=(I+δ')ΔK+δ'K       (8)δC=(I+δ')ΔC+δ'C     (9)

步骤203:假设不确定性参数矩阵δK和δC表示为δK=LkFkEk      (11)δC=LcFcEc      (12)式中,||Fk||≤1,||Fc||≤1;Lk,Ek,Lc,Ec是表示相应结构参数变化的已知定常矩阵。则结构参数不确定性矩阵ΔA和控制力不确定性矩阵ΔB表示为如下形式

式中,

4.根据权利要求3所述的鲁棒非脆弱H∞结构振动控制方法,其特征在于,所述步骤三中,所述获得相对最优的鲁棒非脆弱H∞控制力,具体包括以下步骤:步骤301:定义系统的二次型性能泛函为

式中,Q为相应维数的半正定矩阵;R为相应维数的正定矩阵,设定从系统外部扰动输入w(t)到系统输出Ys(t)的传递函数 的H∞范数其中γ为一给定的正数。对于给定常数γ>0,求解线性矩阵不等式(14),得可行解常数ε>0、矩阵N=NT>0和Y;

其中,Π1=NAT-YTBT+AN-BY+ε-1DDT,Π2=(E1N-E2Y)T,*代表矩阵中相应项的转置;

步骤302:由解得的矩阵N=NT>0和Y,得对应的鲁棒H∞最优控制力为U(t)=-KuZ(t)=-YN-1Z(t)     (15)。