[發(fā)明專利]一種最優(yōu)狀態(tài)反饋保性能的AMD控制器的設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110209057A
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 滕軍;李祚華;陳朝駿;盧偉;胡衛(wèi)華;幸厚冰
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 深圳市添源知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44451
• 代理人: 羅志偉

本發(fā)明提供了一種最優(yōu)狀態(tài)反饋保性能的AMD控制器的設(shè)計方法，包括以下步驟：S1、進(jìn)行LQR控制器的設(shè)計；S2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的保性能控制器的設(shè)計。本發(fā)明的有益效果是：可以對含不確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行修正補(bǔ)償，提高了AMD控制器的魯棒性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及主動質(zhì)量阻尼器(AMD)，尤其涉及一種最優(yōu)狀態(tài)反饋保性能的AMD控制器的設(shè)計方法。

背景技術(shù)

高柔結(jié)構(gòu)的主動質(zhì)量阻尼器AMD(Active Mass Damper)多用于控制水平方向的動力響應(yīng)。線性二次型LQR(Linear Quadratic Regulator)最優(yōu)控制算法是一種常用的AMD控制器設(shè)計方法，但LQR算法要求精確的數(shù)學(xué)模型，但被控結(jié)構(gòu)一般采用簡化模型，因此導(dǎo)致了高柔結(jié)構(gòu)參數(shù)存在不確定性。

在實(shí)際工程中，Xu等針對了具有參數(shù)不確定性的系統(tǒng)，基于LMI理論提出了無記憶狀態(tài)反饋的魯棒H∞控制器、輸出反饋H∞控制器設(shè)計方法以及非脆弱魯棒H∞控制器設(shè)計方法。H∞控制不依賴于計算模型的精確性，主要考慮了系統(tǒng)的魯棒穩(wěn)定性，但會犧牲了系統(tǒng)的性能，而保性能控制算法GCC(Guaranteed Cost Control)是一種將系統(tǒng)性能和魯棒性相結(jié)合的LQR 控制器設(shè)計方法。該控制算法對允許的不確定性，能使得閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定，而且其二次型指標(biāo)小于某一性能界限，保性能控制器不僅能解決了LQR控制算法的缺陷問題，還具備物理意義明確的特性。

在保性能控制方法運(yùn)用到不確定系統(tǒng)中后，需要求解Riccati矩陣方程的正定解。早期主要基于求解Riccati方程的方法，針對不確定系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)反饋控制器的設(shè)計，在實(shí)施前，需事先確定某些待定參數(shù)，然而當(dāng)前依舊缺乏尋找這些參數(shù)的最優(yōu)值的方法，這種人為確定參數(shù)的方法給控制系統(tǒng)帶來了很大的保守性，而且求解Riccati方程的方法多為迭代方法，其收斂性不能得到保證。受計算手段的約束，求解Riccati方程較為困難，但基于線性矩陣不等式LMI(Linear Matrix Inequation)方法的狀態(tài)反饋保性能控制律可解決該難題。在運(yùn)用方面，Park等還針對中立型非線性時滯系統(tǒng)，提出了基于Lyapunov函數(shù)的有記憶保性能控制器。Guan等針對 Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型，提出了具備時滯依賴的保性能控制器設(shè)計方法。Lien等針對時變時滯系統(tǒng)，提出了基于LMI的時滯獨(dú)立和時滯依賴的保性能控制器設(shè)計方法。雖然上述基于保性能控制算法的系統(tǒng)中，考慮了時變時滯的補(bǔ)償問題，但是在高柔結(jié)構(gòu)振動控制中，結(jié)構(gòu)參數(shù)包括剛度、質(zhì)量的不確定量將降低了控制系統(tǒng)的性能。

因此，如何設(shè)計一種保性能的AMD控制器，可以對含不確定結(jié)構(gòu)參數(shù)的系統(tǒng)進(jìn)行修正補(bǔ)償是本領(lǐng)域技術(shù)人員所亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種最優(yōu)狀態(tài)反饋保性能的AMD控制器的設(shè)計方法。

本發(fā)明提供了一種最優(yōu)狀態(tài)反饋保性能的AMD控制器的設(shè)計方法，包括以下步驟：

S1、進(jìn)行LQR控制器的設(shè)計；

S2、進(jìn)行結(jié)構(gòu)參數(shù)不確定性的保性能控制器的設(shè)計。

作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟S1包括：

若考慮外激勵作用，控制系統(tǒng)的力平衡方程為

式中，u和w分別為控制力輸入和外激勵輸入，M₀，C₀和K₀分別為受控結(jié)構(gòu)的名義質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣，B_s和B_w分別為控制力和外激勵的作用位置矩陣；

控制系統(tǒng)的狀態(tài)向量為則式(1)寫成狀態(tài)方程為

式中，A，B₁和B₂分別為系統(tǒng)狀態(tài)矩陣、外激勵和控制力作用矩陣，表示為