[發明專利]一種結構振動主動控制系統參數空間的精細分析方法

有效

• 申請號: 202010979892.X
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112182861B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 張瑩瑩;鄭遠廣
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F119/14;G06F111/10
• 代理公司: 重慶市信立達專利代理事務所(普通合伙) 50230
• 代理人: 陳炳萍

本發明公開了一種結構振動主動控制系統參數空間的精細分析方法，所述本方法以現代結構振動控制工程領域中含多時滯主動控制系統模型為研究對象，研究狀態信息和控制參數的優化組合，闡述混合時滯效應。本發明提供的結構主動控制系統參數空間的精細分析方法，在以往研究結構振動主動控制中的時滯效應，通常是考察時滯對穩定域及其邊界的影響，或對于給定的時滯，考察其對控制效果的影響，本發明基于精細結構圖，闡述了不同的時滯組合對各項控制性能指標的影響規律，揭示了哪些控制性能指標可以通過時滯組合進行優化，明確了哪些時滯組合有利于提高控制效果，給出了有利于提高控制效果的時滯。

技術領域

本發明涉及結構振動主動控制技術領域，特別是涉及一種結構振動主動控制系統參數空間的精細分析方法。

背景技術

隨著主動控制技術在結構振動控制中的應用，以及對控制設計要求的日益提高，結構振動主動控制系統參數空間的精細結構及混合時滯效應成為迫切需要深入研究的基礎性理論課題，高層建筑結構容易受到強風、地震等激勵而產生振動，為了提高建筑結構的安全性和舒適性，需要對結構施加控制以抑制其振動，然而，被動控制存在有效控制頻帶窄、適用性差、控制效率低等缺點，隨著人們對控制性能要求的提高，被動控制已經不能滿足現代工程實踐的需要，主動控制采用適當的控制算法，利用外界能源對結構施加主動控制力以抑制其振動，具有控制效果好、適用性強等優點。

對結構振動施加主動控制，需要測得系統的狀態信息，再根據給定的控制算法產生控制信號，最后通過作動器對結構施加控制力抑制其振動，在這個過程中，時滯不可避免，這里的時滯主要來源于兩個方面：首先，對大型建筑結構進行主動控制，通常需要采用多個傳感器測量系統的狀態信息，對大量的測量信號進行處理和計算需要較長的時間，其次，要抑制地震激勵下結構的振動，需要大型作動器提供高頻控制力，受頻寬限制，作動器響應和施加控制力會存在一定的延遲，此外，不同的狀態信號需要采用不同的測量裝置和處理方式，不同作動器的物理參數和作動性能也存在差異，因此，在結構振動主動控制系統中常常存在多個時滯現象，時滯對結構主動控制的影響具有兩面性，一方面，時滯可能導致在系統不需要能量時作動器向系統輸入能量，使得控制效率下降或受控系統失穩，而另一方面，在一定的條件下時滯也可以優化控制力，成為有利因素，因此，在結構振動主動控制的設計中必須考慮系統中的混合時滯效應，消除控制設計中的不利時滯，而主動引入有利于提高控制效果的時滯組。

針對上述問題，急需在原有結構主動控制系統參數空間的精細分析方法的基礎上進行創新設計。

發明內容

本發明解決了當前對結構振動施加主動控制的過程中過程中，時滯不可避免，在結構振動主動控制系統中常常存在多個時滯現象，時滯對結構主動控制的影響具有兩面性，時滯可能導致在系統不需要能量時作動器向系統輸入能量，使得控制效率下降或受控系統失穩的問題。

為解決以上技術問題，本發明提供一種結構振動主動控制系統參數空間的精細分析方法，所述本方法以現代結構振動控制工程領域中含多時滯主動控制系統模型為研究對象，研究狀態信息和控制參數的優化組合，闡述混合時滯效應，所述本方法研究以下幾個方面的內容：

1)研究內容之一：求得參數空間的精細結構圖，闡述各項控制性能指標在參數空間中的分布規律以及隨控制參數的變化規律，研究狀態信息和控制參數的優化組合，具體流程如下：

A.提出有效的搜索方式和算法，求得各項控制性能指標在參數空間中的分布數據，建立聯合圖理論，通過聯合圖實現分布數據的可視化；

B.對聯合圖進行精細分析，求得參數空間的精細結構圖，求得各項控制性能指標與各個控制參數之間的相關度，闡述各項控制性能指標在參數空間中的分布規律以及隨控制參數的變化規律；

C.對于給定的控制目標和要求，確定最少的狀態信息組合，使得僅采用這些狀態信息進行控制設計，既能獲得滿意的控制效果，又能降低控制過程的復雜性和控制代價。