高层建筑结构的离散时间重叠分散H_∞控制方法

采用分散控制策略可有效解决多自由度的建筑结构振动控制问题。本文对地震作用下的高层建筑结构的振动控制方法进行研究,将重叠分散控制策略、离散时间H∞控制算法、线性矩阵不等式(LMI)方法和静态输出反馈控制方法相结合,提出了离散时间重叠分散H∞控制方法。基于包含原理和分解原理,将整个建筑结构控制系统划分为一系列子系统,对各个子系统采用离散时间重叠分散H∞控制方法进行控制。采用驱动器饱和控制策略,对20层抗震钢结构Benchmark模型进行数值模拟与计算。结果表明:全状态集中控制(理想驱动控制)、全状态集中控制(驱动器饱和控制策略)、部分输出反馈控制(驱动器饱和控制策略)、重叠静态输出反馈控制(驱动器饱和控制策略)、多重叠静态输出反馈控制(驱动器饱和控制策略)的平均控制率分别达到了63.4%、53.4%、50.7%、48.2%、32.6%,采用这些控制方法都获得了较好的控制效果;重叠分散控制策略降低了计算成本并且增加了控制器设计的灵活性。     

广义Hamilton(控制)系统的离散梯度积分法

对于广义Hamilton系统及广义Hamilton控制系统,基于能量的Hamilton函数,用离散梯度方法给出了系统保持Hamilton函数特征的数值解法,证明了积分方法可有效地保持Hamilton函数随时间的变化率。通过算例说明了本文方法的有效性。     

海洋立管轴向动力响应的H_∞控制

基于FDPSO-TLD的概念设计,建立了TLD系统升沉方向的动力学模型,为减小船体升沉引起的立管轴向的动力响应,采用H∞控制方法设计电动绞车实现对升沉运动的补偿,通过构造出H∞控制器和H∞观测器对立管的轴向动应力进行主动控制。通过在频域和时域内的数值仿真表明选取适当的控制参数可有效减小立管的动应力,表明了该方法的有效性和可行性。     

建筑结构振动系统的多重叠分散静态输出反馈H_∞控制方法

采用分散控制方案能有效解决大尺度土木结构在地震作用下的结构振动控制问题。本文将静态输出反馈、重叠分散控制方法、线性矩阵不等式方法和H∞范数控制算法相结合,提出了多重叠分散静态输出反馈H∞控制方法。通过对状态矩阵添加一个微小的扰动,解决了在求解相应的线性矩阵不等式(LMI)时所遇到的计算困难问题。文中对20层Benchmark建筑结构模型进行数值模拟与计算。结果表明,部分输出反馈控制、重叠静态输出反馈控制和多重叠静态输出反馈控制均获得了与全状态集中控制相近的控制效果,减少了计算成本和控制器设计的复杂性。     

基于H_∞范数的输电塔结构动力优化

目前输电塔结构设计主要基于静力及拟静力工况,以用钢量(总质量)为经济指标进行静力优化,忽略了动力荷载的频率特性。为解决输电塔结构动力优化问题,提出了基于H∞范数的优化方法。该方法以系统传递函数的H∞范数为优化目标,采用遗传算法对角钢截面进行优化。在计算H∞范数时,用串联多质点模型模拟塔架结构以简化计算。同时,引入惩罚函数来调整个体的适应度,从而保证优化结果满足静力工况,不出现杆件失稳且不增加用钢量。以一个实际输电塔结构作为算例进行优化计算,结果表明,该动力优化方法显著降低了输电塔的地震响应,同时保证结构满足静力工况且总质量不超过满应力优化法的用钢量。该方法不需要求解时域响应,计算效率较高。     

基于扩展H_∞滤波的单站无源目标跟踪

针对无源定位与跟踪系统可观测性弱,目标初始状态估计精度低的特点,提出了一种基于扩展H∞滤波的单站无源目标跟踪方法。将扩展H∞滤波算法对被动声纳平台获得的目标方位数据进行目标运动分析,以实现较高精度的水下仅测角目标定位和跟踪,并采用雅克比矩阵来近似处理系统的非线性测量方程。扩展H∞滤波对噪声的不确定性具有鲁棒性,保证滤波算法的数值稳定性,提高跟踪的精度和可靠性。理论分析与仿真结果表明,扩展H∞滤波跟踪速度快,性能稳定,估计精度明显优于扩展卡尔曼滤波(EKF),用于水下运动目标跟踪是可行的。     

H_∞控制器在变参数有源磁悬浮系统中的应用

建立了液浮陀螺仪浮子有源磁悬浮控制模型,深入地分析了其结构组成及工作原理。针对所建立的数学模型对各个结构参数进行了鲁棒性分析研究,得出了系统鲁棒稳定性对各个参数的要求。在此基础上,建立了系统工作的状态方程,对变参数的阻尼系统进行了分析研究,设计了满足系统动态性能和鲁棒稳定性要求的H∞控制器。最后分别对初始系统和校正系统进行了仿真研究,仿真结果表明,H∞控制器提高了阻尼在一定范围内变化的磁悬浮系统的鲁棒控制性能,增强了系统的抗干扰能力和动态特性。     

基于扰动观测器的卫星姿态控制系统自适应有限时间容错控制

针对具有状态时变时滞、系统不确定性、可建模扰动、运行噪声和执行器故障的卫星姿态控制系统,提出一种基于扰动观测器的自适应有限时间复合主动容错控制策略。针对可建模扰动设计扰动观测器,然后基于扰动估计误差设计了主动容错控制器。该时滞依赖控制器包含反馈控制项、扰动补偿项和快速自适应故障补偿项。提出的容错控制策略不仅保证闭环系统动态方程的有限时间有界性,而且保证闭环测量输出对于系统不确定性、运行噪声、执行器故障等的鲁棒性。给出控制器增益限制矩阵存在的充分条件及其线性矩阵不等式形式,进而给出仿真算例。仿真结果表明,基于扰动观测器方法,设计的自适应有限时间容错控制器能够快速估计可建模扰动,进而有效地实现系统的闭环容错控制。相较于基于非复合的自适应有限容错控制器,提出的方法对于状态变量的估计均方根误差分别降低了28.9%、4.7%和36.0%;对于可建模扰动估计的均方根误差降低了38.8%。仿真验证了所提方法的有效性。     

网络环境下航天器交会对接系统的鲁棒H_∞滤波

以航天器空间交会对接为背景,探讨了其网络环境下的鲁棒H?滤波问题。基于传统的C-W方程,重新构建网络环境下航天器交会对接系统的数学模型。选取时滞相关Lyapunov函数并结合自由权矩阵处理方法,给出网络化滤波误差系统渐近稳定且满足H?性能的充分条件,进而将滤波器的设计转化为受线性矩阵不等式约束的凸优化求解问题。仿真表明,最劣情况下最优的H?扰动抑制水平达到??1.4142,得到的相对位置和速度估计误差分别为0.07与0.02,证明该算法是可行且有效的。     

晃荡液舱内水动冲击力的分段仿射模型

针对舱内晃荡液体与舱壁的相互作用,对舱内水动冲击力的等效力学模型进行了研究。基于混合系统理论,建立了强非线性液体晃荡的等效摆分段仿射模型,重点对矩形液舱的简化等效力学模型进行了分析。利用计算流体动力学软件Flow3D对矩形液舱内的强非线性液体晃荡进行了数值仿真。理论分析表明：分段仿射模型更符合刚性碰撞的假定,可以更有效地描述等效摆和舱壁碰撞时的速度跃变。仿真结果的对比表明：受到激励时,等效摆分段仿射模型所产生的力与Flow3D计算的结果比较接近,利用此模型可以恰当地描述强非线性液体晃荡。     

基于UT变换H_∞滤波的舰船导航系统高度阻尼方法

舰船导航系统发展水平直接关系到全舰作战效能,而高度阻尼是其中的一个重要问题。为解决纯惯导高度通道发散问题,设计了INS/GPS三阶组合高度阻尼网络,并结合滤波算法对影响测高精度的各主要误差源进行阻尼。基于欧拉平台误差角概念,建立了适用于任意失准角误差条件下的非线性误差模型。结合H∞理论和UT变换,推导出一种具有较强鲁棒性的基于UT变换H∞滤波算法。最后,通过数学仿真验证了舰船导航系统高度阻尼效果。仿真结果表明,基于UT变换H∞滤波的舰船导航系统高度阻尼方法能够有效地抑制高度通道发散,高度阻尼精度与外观测信息精度相当。     

基于广义预测控制的结构半主动控制研究

相对于主动控制和被动控制来讲,半主动控制具有一些更好的特色,对结构控制的应用有着较强的吸引力。本文以可调液柱阻尼器(TLCD)作为作动器来实现结构半主动控制,考虑到TLCD具有非线性阻尼特性,为了使结构控制能够顺利实现,本文采用了阶跃控制函数。为了使TLCD能够应用于实际结构,本文研究了基于离散状态方程的广义预测控制方法,并提出了单向控制策略。本文最后给出了计算实例。算例表明这一方法是有效的。     

一类混沌神经网络的观测器广义投影同步设计

研究了混沌神经网络的广义投影同步问题.基于改进的非线性状态观测器理论和极点配置技术,设计了一种新的广义投影同步方案.该方案可以实现不同混沌神经网络之间的广义投影同步.通过对细胞神经元系统和三阶Winner-Take-All竞争型混沌神经元系统的数值仿真试验,进一步验证了所提方案的有效性.该方案具有全局性,与混沌神经网络的初始条件无关,且可以灵活地调整同步误差的收敛速度.     

基于迭代学习干扰观测器的 RLV 容错控制方法

针对重复使用运载器（RLV）等类飞行器再入飞行段存在综合干扰问题,提出了一种基于迭代学习干扰观测器的容错控制方法。首先,根据RLV再入段运动、动力学特性及执行机构故障类型,建立带有执行机构故障的RLV面向控制模型;然后设计了一种基于S型函数的迭代学习观测器的容错控制方法,采用迭代学习干扰观测器完成对综合干扰观测并进行补偿,通过李雅普诺夫定理证明基于干扰观测器设计的改进的自适应控制器能够在有限时间收敛稳定;最后以某型RLV再入段为研究对象进行数值仿真。仿真结果表明,所提出的方法在系统中存在加性、乘性故障时,姿态跟踪能够在3 s内收敛,同时姿态稳态误差在0.01°以内。     

一种自适应H_∞滤波的运动学约束惯性导航方法

纯捷联惯性导航系统的精度主要受限于传感器精度,为了在固有的传感器精度上进一步提高纯捷联惯性系统导航精度,提出了一种基于自适应H_∞滤波的运动学约束辅助惯性导航算法。利用运动约束条件,将载体系中的侧向和上向速度作为量测量,将纯捷联惯性导航系统输出的姿态误差、速度误差及传感器误差作为状态量,采用一种能够自动调节滤波器参数的自适应H_∞滤波方法以提高系统性能。实验结果表明,所提出的自适应H_∞滤波运动学约束算法与无约束纯惯导算法相比能够提高23.7%～81%的定位精度,与无自适应H_∞滤波运动学约束算法相比能够提高16.3%～62.2%的定位精度。     

基于干扰观测器的柔性关节空间机器人退步自适应控制

研究了载体位置、姿态均不受控的情况下,系统参数不确定的柔性关节空间机器人轨迹跟踪的控制问题.结合系统动量、动量矩守恒关系,利用拉格朗日法推导出系统的动力学模型.为减小系统柔性关节对系统控制精度的影响,采用关节柔性补偿器来等效降低系统关节的柔性.再借助奇异摄动法,针对系统参数不确定的情况,设计了柔性关节空间机器人基于干扰观测器的退步自适应滑模控制方案.该方案不需要对系统惯性参数进行线性化处理,控制器结构简单,且实现了空间机器人期望轨迹的精确跟踪控制.通过平面两杆空间机器人的数值仿真证明了该方法的有效性.     

基于扰动观测器的AUV固定时间积分滑模控制方法

针对自主水下航行器（AUV）在参数不确定性和外界干扰下水平轨迹跟踪控制问题,提出一种基于扰动观测器的固定时间积分滑模控制方法。首先将参数不确定性和外界干扰视为复合扰动,设计固定时间扰动观测器对其进行估计。然后在反步法设计框架下,结合固定时间理论和全局积分滑模控制,设计了固定时间积分滑模控制器。轨迹跟踪仿真结果表明,相比于传统滑模控制器,所设计的扰动观测器和控制器可以使位置和姿态的跟踪误差收敛至零域的速度由5.2 s缩短至约2.5 s,并且在没有观测器的帮助下跟踪误差也能收敛至稳定,具有更快的收敛速度和更高的鲁棒性。     

基于状态观测器的带分布参数体系地震响应控制

针对带分布参数体系地震响应控制问题,建立带分布参数体系的运动控制方程,推导出应用于带分布参数体系的序列最优模态控制算法。根据序列最优模态控制算法振动控制时对结构全状态反馈的需要,提出了针对序列最优模态控制算法的全维状态观测器,形成基于全维状态观测器的序列最优模态控制算法,然后通过测量容易测量的结构地震响应,由全维状态观...     

基于状态观测器的扰动补偿在转台控制中的应用

为了减小干扰力矩对转台性能的影响,提出了基于观测器的扰动补偿控制来抑制干扰力矩的方法.首先采用传递函数的方法分析了状态观测器中各观测状态与观测器输入之间的关系,利用观测器获得角加速度信号构造扰动补偿器对外部扰动进行补偿控制,设计了具有扰动补偿的转台控制系统,并分析了加入扰动补偿后对控制系统的影响.分析和试验结果表明,此基于状态观测器的扰动补偿可以对低频的扰动进行有效的抑制,能够显著的提高转台低频小信号振动时的失真度和三轴联动精度,同时对瞬态扰动也有一定的抑制作用.     

基于离散元法的干湿颗粒系统仿真

介绍了基于离散元法的干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM。对于干颗粒系统,DEMSIM可以分析二维和三维颗粒系统的弹性和塑性接触碰撞过程;对于湿颗粒系统,DEMSIM采用传统的液桥模型;对于颗粒-流体系统,DEMSIM采用CFD-DEM细观耦合模型模拟。一系列典型算例的模拟分析,验证了干湿颗粒系统仿真软件DEMSIM的精度和有效性。