[發(fā)明專利]一種基于切換控制系統(tǒng)的海洋平臺振動控制策略

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810607843.6
• 申請日: 2018-06-13
• 公開（公告）號: CN108646798B
• 公開（公告）日: 2021-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄒文成;錢科威;李實;毛駿;向崢嶸
• 申請（專利權(quán)）人: 南京理工大學
• 主分類號: G05D19/02
• 分類號: G05D19/02
• 代理公司: 南京蘇創(chuàng)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 32273
• 代理人: 張學彪

1.一種基于切換控制系統(tǒng)的海洋平臺振動控制策略，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：使用主動-被動復合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器APTMD對海洋平臺振動進行控制并采用在主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD和被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD間進行切換的振動控制策略，具體為：當有輸入到作動器時，主動-被動復合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器APTMD控制結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為一個主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD，當作動器輸入為0時則表現(xiàn)為一個被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD；通過作動器的控制輸入信號來控制主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD和被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD之間的切換，實現(xiàn)主動與被動切換振動控制；

步驟2：切換律準則研究，具體為：從能量角度和Lyapunov函數(shù)角度設(shè)計控制率，如下：

動力學模型為：

上式中，位移x₂＝lθ，剛度k₂是由擺長l、質(zhì)量m₂和重力加速度g導出的，即k₂＝m₂g/l，u是給執(zhí)行器的輸入力矩，是地震加速度；

基于振動結(jié)構(gòu)的動力學模型設(shè)計切換控制律：

上式中δ_k和δ_m分別代表動能和機械能的閾值；

M:＝diag[m₁ m₂]∈R^2×2，K:＝diag[k₁ k₂]∈R^2×2，

依據(jù)Lyapunov函數(shù)設(shè)計切換律：

在主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD和被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD都穩(wěn)定且其各自的Lyapunov函數(shù)的導數(shù)均由狀態(tài)向量x和地震擾動計算所得的情況下，比較兩者的值，選擇其中小的一個作為控制律；

選取主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD的Lyapunov函數(shù)為V_AMD＝x^TPx，其中P＞0是黎卡提方程(A^TP+PA-PBR^-1B^TP+Q＝0)的正定解，定義P_L＞0為被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD矩陣的Lyapunov方程解，其權(quán)重矩陣為Q，導出狀態(tài)反饋控制律；主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD和被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD的Lyapunov函數(shù)的導數(shù)分別為：

上式中W代表狀態(tài)空間表示中的擾動矩陣；得出和中更小的一個具有較快的收斂速度；

根據(jù)動能P_L(K.E.)的導數(shù)和機械能P_L(M.E.)的導數(shù)來選擇：

通過使用線性矩陣不等式LMI導出一般Lyapunov函數(shù)，滿足x^TP_commonx＞0；

上式中，A和A-BR^-1B^TP分別表示主動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)AMD和被動質(zhì)量阻尼系統(tǒng)TMD的系統(tǒng)狀態(tài)矩陣，求解LMI可得一般的Lyapunov函數(shù)；

步驟3：在計算機數(shù)字采樣下切換振動控制；

步驟4：含不完全傳感器測量數(shù)據(jù)的切換振動控制；

步驟5：含不確定參數(shù)的切換振動控制；

步驟6：含輸入時延的切換振動控制；

步驟7：多目標的切換振動控制；

步驟8：海洋平臺主動與被動切換振動控制。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于切換控制系統(tǒng)的海洋平臺振動控制策略，其特征在于：所述步驟4具體為：

考慮如下線性定常系統(tǒng)：

上式中x∈Rⁿ是系統(tǒng)的狀態(tài)，w∈R^l是干擾，A,B,D是適當維數(shù)的系統(tǒng)矩陣，設(shè){t_i},i∈{1,2,...}為采樣時刻序列，當傳感器含有數(shù)據(jù)丟失時，狀態(tài)反饋控制可以表示如下：

u(t_k)＝γ_kKx(t_k)

上式中中γ_k是服從伯努利分布的0,1隨機序列，且滿足：

Prob{γ_k＝1}＝E{γ_k}＝β，Prob{γ_k＝0}＝1-E{γ_k}＝1-β

這樣閉環(huán)系統(tǒng)變?yōu)椋?/p>

由于隨機變量γ_k的存在，得出該系統(tǒng)是一個隨機系統(tǒng)；

對于系統(tǒng)，考慮如下測量數(shù)據(jù)丟失問題：

u(t_k)＝Ξ_kKx(t_k)

上式中Ξ_k＝diag{γ_1k,...,γ_nk}，γ_ik服從伯努利分布，均值為β_i，方差為