含时滞的参数不确定主动悬架离散系统鲁棒控制

针对主动悬架存在传输时滞和参数不确定性的控制问题，设计了含时滞的参数不确定鲁棒控制器。首先，运用线性分式变换方法推导出含时滞的参数不确定主动悬架状态空间方程，采用零阶保持器取值处理和双线性变换，建立主动悬架离散控制系统模型。其次，以车身垂向加速度为车辆悬架系统的最优化输出目标，采用Lyapunov泛函方法，推导出系统渐进稳定的鲁棒控制器充分条件，得到满足最优H_∞性能指标约束的反馈控制律，再通过求解线性矩阵不等式获得控制器参数。最后，进行数值算例仿真，结果表明，相较于只考虑时滞的控制器，含时滞的参数不确定鲁棒控制器具有更好的控制效果和鲁棒性，且受采样周期与不确定参数的耦合影响较小。     

考虑主动时滞的汽车悬架系统控制特性研究

以汽车悬架系统为研究对象,采用理论和试验相结合的方法对考虑主动时滞的悬架系统控制特性进行分析。首先建立含时滞悬架系统动力学模型,分析系统的控制稳定性。理论和仿真结果均表明,采用传统二次型最优控制律不能保证含时滞系统的稳定性。系统时滞量存在稳定区间,时滞超出稳定区间时系统将失稳发散;为了保证控制系统的稳定性,采用状态变换法设计了含时滞系统的主动控制律,计算表明,该控制律可以保证系统稳定性。研究还发现,时滞量的变化会使系统振动幅值产生较大改变,为此在控制系统中引入主动时滞,研究主动时滞对系统振动特性的影响,计算表明,合理的主动时滞可以降低系统振动幅值;为验证结果的正确性,搭建了悬架时滞主动控制试验平台,通过对相同工况下仿真结果与试验结果进行对比,发现两者具有较好的一致性;而由于悬架受到的路面激励具有随机性,采用含时滞系统的主动控制律对路面随机激励下的悬架系统进行控制分析,发现当主动时滞为0.04 s时,车身加速度均方根值比无主动时滞降低了39.4%,说明主动时滞对悬架控制的有效性。本文研究对时滞主动控制的理论研究具有重要的促进作用。     

不确定线性时滞系统模型参考自适应控制研究

以具有不确定参数和时滞的线性时滞系统为对象,开展时滞系统的模型参考自适应控制研究。首先利用时滞控制力项的差分方程对系统的状态变量进行增广,将时滞系统动力学方程变为形式上不含有时滞项的增广状态方程。然后根据时滞系统动力学方程和已确定的参数建立相应参考模型,并采用线性二次调节器(LQR)设计参考模型控制律,以保证闭环参考模型系统稳定。最后基于参考模型的LQR控制律,采用基于类观测器的模型参考自适应控制方法设计相应的自适应控制律。因此,针对原时滞系统动力学方程,本文所设计的时滞控制律由LQR控制律和自适应控制律两部分组成。数值仿真结果表明:本文所使用的基于LQR的自适应控制方法在系统参数和时滞不确定的情况下,能够有效地跟踪稳定的参考模型的动力学行为,从而对系统进行控制。该方法可以作为LQR控制方法的有益补充,进一步改善控制系统的动力学行为。     

柔性板的时滞H∞控制的理论与实验研究

以柔性板为对象, 开展时滞H∞控制的理论与实验研究. 首先给出柔性板的时滞动力学方程; 然后利用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法, 推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式;进而根据该矩阵不等式采用参数调节法及遗传算法, 研究了如下两类控制设计问题: 已知控制律求解最大稳定时滞量, 已知最大稳定时滞量求解H∞控制律; 最后对理论研究成果进行了数值仿真和实验验证. 结果显示, 获得的H∞控制律能够有效地抑制板的弹性振动, 所确定出的保证系统稳定性的时滞区间更接近实际情况.      

火箭发动机燃烧过程的鲁棒非脆弱H∞控制

针对某液体火箭发动机燃烧室的燃烧过程,设计了鲁棒非脆弱 H_∞ 状态反馈控制器。首先，基于一种新型的时滞分割法和交互式凸组合技术，借助于构造一个包含四重积分项的Lyapunov-Krasovskii泛函(LKF)，并利用新的积分不等式方法给出了LMI形式的时滞相关有界实判据；其次，在有界实判据的基础上，采用矩阵的合同变换以及变量替代技巧将燃烧过程非线性矩阵不等式线性化，通过求解线性矩阵不等式得到相应的非脆弱H_∞控制器的可行解。模拟结果验证了本文设计方法的有效性。     

柔性机械臂的时滞最优跟踪控制

采用最优跟踪控制方法对柔性机械臂线性化主动控制中的时滞问题进行研究。首先采用一种积分变换,将包含时滞项的动力学方程转换成形式上不包含时滞项的标准形式,然后根据最优跟踪控制理论设计控制律。在每一步控制律的计算中,不但包含有当前步的状态反馈,而且包含有前若干步控制的线性组合。文中还给出了一个模态坐标的提取方法。仿真结果显示,若对时滞不处理,控制系统会在很小时滞量时出现发散;当控制系统中的时滞量不大时,本文的线性化时滞控制设计能够取得较好的控制效果;当系统存在较大时滞量时,线性化时滞控制设计的有效范围是有限的。     

线性时滞系统的离散最优控制

介绍了对线性时滞系统进行最优控制的设计，将具有时滞控制的线性系统离散后引入增广状态向量。获得不显含时滞的差分方程，根据时滞量的两种分类情况采用连续和离散形式的性能指标函数导出了最优控制律。控制律包含当前状态和此前若干步状态向量的叠加，最优控制律直接从时滞方程中得到，可保证系统的稳定性，此方法亦适用于大时滞的情况。数值算例验证了控制策略的有效性。     

时滞非线性悬架系统的混沌动力学特性研究

针对时滞减振控制的非线性悬架系统,建立其二自由度系统的动力学方程。首先,对动力系统进行了数值模拟,通过不同控制参数下系统的动力学行为的分岔图、相轨迹、庞加莱截面、功率谱图来研究时滞非线性悬架系统的混沌动力学行为。研究表明,基于系统参数和外在激励,选择适当的时滞控制参数,可避免系统在运行过程中出现混沌现象,改善系统的运行品质。然后,以主系统幅值均方根为目标函数,对系统进行优化得出减振效果最优时的时滞和反馈增益系数,并与无时滞时非线性悬架系统的主振幅响应进行比较。结果表明,时滞对非线性悬架系统减振和系统品质的改善是能够同时实现的。最后,研究了时滞控制参数变化对系统动力学行为的影响,研究发现,同一系统在不同时滞参数下其分岔形式以及通往混沌的形式具有着多样性,会出现倍周期分岔、Hopf分岔、阵发性分岔以及它们各自通往混沌的不同演化模式,这为实现悬架参数的优化控制提供了理论依据。     

柔性梁受迫振动时滞变结构控制的试验研究

时滞反馈控制是一种利用时滞进行系统控制的策略,目前对该控制策略的研究多是在理论上进行探讨,少有试验研究报道. 以受简谐激励的柔性悬臂梁为对象,开展时滞反馈控制的试验研究,给出了一个多时滞控制律的设计方法. 首先给出悬臂梁系统含有时滞项的控制模态状态方程; 然后对方程进行离散化和一种特殊的状态变量增广,得到形式上不含有时滞项的标准差分方程; 最后使用离散变结构控制的方法设计控制律. 试验中采用压电片作为作动器和外界激励,应变片作为传感器,分别考虑单时滞和双时滞的情况,通过试验验证了时滞反馈控制的可行性和有效性.关键词:柔性悬臂梁;变结构控制;时滞;实验      

DYNAMICAL ANALYSIS ON A KIND OF SEMI-ACTIVE SUSPENSION WITH TIME DELAY

对一类采用有限相对位移控制的含时滞单自由度半主动悬架系统进行了动力学分析.首先通过平均法得到了该系统的一阶近似解, 然后基于Lyapunov理论建立了系统的稳定性条件, 结果表明近似解的稳态幅值和稳定性条件都是时滞量的周期函数, 并且和外激励具有相同周期.通过对数值解和解析解的幅频曲线进行比较, 验证了一阶近似解析解的准确性, 并且解释了半主动控制中的高频颤振现象.研究了被动悬架系统并且和半主动悬架系统进行了比较, 证实了半主动悬架系统的优越性.最后, 探讨了一些关键的系统参数, 如控制间隙、时滞量、最小阻尼比等对半主动悬架系统稳态幅值的影响.     

Delayed full-state feedback control of airfoil flutter using sliding mode control method

This paper studies the delayed feedback control of flutter of a two-dimensional airfoil using a sliding mode control (SMC) method. The dynamic equation of airfoil flutter is firstly established using the Lagrange method, in which the cubic hardening spring nonlinearity of pitch stiffness is considered. Then, the state equation with time delay is transformed into a standard state equation with implicit time delay by a special integral transformation. Next a nonlinear time-delay controller is designed using the SMC method. Finally the effectiveness of the proposed controller is verified through numerical simulations. Simulation results indicate that time delay in the control system has significant influence on the control performance. Control failure may happen if time delay is not considered in control design. The time-delay controller proposed is effective in suppressing the airfoil flutter with either small or large control time delay.     

存在时滞的柔性梁的振动主动控制

本文对控制存在时滞的柔性梁的振动主动控制进行研究,主动控制策略采用独立模态空间控制,模态控制律采用离散变结构控制进行设计,给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法,以及离散切换面和离散变结构模态控制律的确定方法,由于模态控制律直接通过时滞微分方程而得出,因此所给控制方法易于保证控制系统的稳定性。算例结果显示,文中所述控制方法能够有效地对梁的振动进行控制;若按无时滞时的控制设计对时滞系统进行控制,系统响应有可能出现发散。     

Active control for a flexible beam with nonlinear hysteresis and time delay

A new active control method is presented to attenuate vibrations of a flexible beam with nonlinear hysteresis and time delay. The nonlinear and hysteretic behavior of the system is illustrated by the Bouc—Wen model. By specific transformation and augmentation of state parameters, we can convert the motion equation of the system with explicit time delay to the standard state space representation without any explicit time delay. Then the instantaneous optimal control method and Runge—Kutta method in fourth-order are applied to the controller design with time delay. Finally, in order to verify the effectivity of the time-delay controller proposed, numerical simulations are implemented. It is indicated by the simulation results that the control performance will deteriorate if neglect the time delay in process of the controller design and proposed time delay controller works well with both small and large time delay problems.     

车辆主动悬架设计的约束H∞控制方法

针对线性离散时间系统,研究其时域硬约束下的H∞输出反馈控制问题。假定外界扰动能量有限,基于线性矩阵不等式处理方法,提出并证明了时域硬约束下H∞输出反馈控制器存在的充分条件,并应用于车辆主动悬架设计。四分之一车辆模型数值仿真结果表明,即使车辆模型参数存在不确定性,本文提出的控制器在提高车辆乘坐舒适性的同时,仍能很好地兼顾车辆的其他性能要求。     

Design method of multiple time-delay controller for active structural vibration control

An optimal control method for seismic-excited building structures with multiple time delays is investigated in this paper. The system state equation with multiple time delays is discretized and transformed into a standard discrete form without any explicit time delay by a particular augmenting for state variables. A time-delay controller is then designed based on this standard equation using the discrete optimal control method. Effectiveness of the proposed controller is demonstrated by numerical simulations. Simulation results indicate that a very small time delay may result in the instability of the control system if it is not compensated in the control design. Time delay may be compensated effectively by the proposed controller, in the mean time, an effective control may be obtained. The proposed controller is valid for both small and large time delays.     

Performance evaluation of electronic control suspension featuring vehicle ER dampers

This paper presents ride comfort and driving stability performances of electronic control suspension (ECS) equipped with controllable electrorheological (ER) damper and appropriate control strategy. In order to achieve this goal, a cylindrical type ER damper which is applicable to Macpherson strut type suspension of a mid-sized passenger vehicle is designed and manufactured on the basis of the required damping force level of an existing passenger vehicle. After experimentally evaluating the field-dependent damping force and dynamic characteristics of the controllable ER damper, ECS consisting of sprung mass, spring, tire and controller is established in order to investigate the ride comfort and driving stability performances. On the basis of the governing equation of motion of the suspension system, five control strategies (soft, hard, comfort, sports and optimal mode) are formulated. The proposed control strategies are then experimentally realized with the quarter-vehicle ECS system. Control performances such as vertical acceleration of the car body and tire deflection are evaluated in both time and frequency domains under various road conditions. In addition, a comparative work is undertaken to investigate inherent control characteristics of each control strategy.