结构主动控制最优极点配置算法研究
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中 图分 类 号 :T 3 2 1 U 5 . 文 献 标 识 码 :A
Op i a l s i n e l o ih o t u t a c i e c n r l tm lpo e a sg m nta g r t m f r sr c ur la tv o t o
收稿 日期 :2 1 0 2—0 1—1 修改稿收到 日期 :0 2—0 8 21 3—2 6 第 一作 者 杜永峰 男 , 士 , 博 教授, 士生导师 ,9 2年生 博 16 通讯作 者 李 春锋 男 , 士生, 博 讲师 ,9 8年生 17
其配置 的典型特点主要表现在以下几个方面 :
() 受 控 系统 b
图 1 非控 受控 系统 状态 反馈 结构图
F g 1 S ae fe b c l c i ga a e i . tt e d a k b o k d a r m b s d
on u onr le n o to ld s se nc tol d a d c n rle y t m
a n ah ma ia o e s o t cur la tv o to yse mo g m t e tc lm d l fsr t a ci e c n r ls t ms,b s d o h n q e e so h r nse u c in m arx, u a e n t e u i u n s ft e ta f rf n to t i
t e o tma e o p l s inme twa c e e n a c mp e l n . S c n l h p i lz r — oe a sg n sa hiv d i o lx p a e e o d y,t e tr e r n f r f ci n ma rx u e o h a g tta se un to ti s d t c l u ae i n mu sae e u t n wa sa ls e a e n t e e p c ai e z r — o e,t e h pt lp l s in n ac lt t mii m tt q a i se t b ih d b s d o h x e ttv e o p l s o h n t e o i oe a sg me t ma fr sr cur la tv o to s a h e e . F n l o t t a ci e c n r lwa c iv d u ial y,t i lo ih s efc ie e sa d prc ia ii r r v d t r u h a h sa g rt m’ fe tv n s n a tc b l y we e p o e h o g n t
DU Y n - n , IC u - n , I i og eg f L h n eg f L Hu ’
( .Istt o E r q aePo co n i s r t ai , azo nvr t o ehooy L nhu7 0 5 , h a 1 ntue f a h uk rt t nadDs t i t n L nhuU i sy f cnlg , azo 30 0 C i ; i t ei a e Mig o e i T n
1 现有极点配置算 法讨 论
基 金 项 目 :国 家 自然 科 学 基 金 项 目( 0 7 10 5 9 83 )
传统 极 点配 置定 理在 现 代 控制 理 论 中仅是 针 对 于 非稳 定 系统 实现镇 定 或对 给定 系统 本 身进 行 目标 极 点
配置 , 用 于 实 际 工 程 其 本 身 并 没 有 太 多 实 际 意 义 。 应
a g rt m ,s h e a g rt m a b ius p y ia r e gne rn in fc n e Fisl lo ih o t e n w lo ih h d o v o h sc lo n i e g sg ii a c . r t i y,c mp r d t h ea in his o a e o t e r lto s p
( ) 多输 入极 点 配 置算 法 、 优 控 制 理论 及 工 程 3 最
实 际未能 进行 有效 结合 。由 于多 输入 极 点 配置 算 法 获 得反 馈矩 阵 的 非 唯一 性 , 优极 点 配 置算 法 理 论 一 度 最
成 为该领 域 研 究 热 点 , 而 在最 优 状 态 向 量 和最 优 控 然 制力 矩 阵 的平 衡方 面至 今未 能得 出令人 满意 的结论 。
2.De a t n fC vlE gn e i g pr me t i i n i e r ,He i l g ,Z a g e 7 4 0 o n x l e h n y 3 0 0,C ia; Co e hn
3 .Wet nC n r f i s r igtni Cv n i eig s r et s t t ao n il g er ,Mi syo E uai , azo 3 0 0 C ia e e o D a e M i i iE n n n t f d ct n L nh u7 0 5 , hn ) ir o
究, 如龙伯格标 准型分解 、 鲁棒极 点配置等 , 其得 出的
主要结 论 为 : 对 特 定 极 点 , 计 的反 馈 矩 阵 ( 制 矩 针 设 控
阵 ) 有非 唯一 性 。 具
馈增益 矩 阵 G 来实 现 。
( )多 输入 极点 配置算 法设 计 的控 制 矩 阵与 实 际 2 工程 的差 异太 大 。这 种原 因导 致该 算 法 仅形 成 一 种理 论 , 应用 于工 程实 际 的却 非 常少 , 而 即使 有应 用 得 出 的 结论也 往 往使人 难 以信服 。
极 点配 置理 论作 为现 代 控 制 理论 的 主要 理论 之一 被广 泛 的应 用 于 各 种 学 科 ¨ J而 其 最 优 配 置 问 题 多 ,
年来 一 直为 各Βιβλιοθήκη Baidu行 业 所 关 注 , 由此 产 生 了 各 种 各 样 的配
述, 然而 其所 得 到 的结果仍 不 能令人 满 意 。 在现 有 理论 研 究 基 础 上 , 先 建 立 合 理 的 结 构 振 首
摘 要 :针对结构主动控制极点配置理论所得控制力矩阵的不唯一性, 提出一种基于结构主动控制极点配置的优
化算法 。该算法与经典 L R最优主动控制主要 区别表现在用 于结构主动控制 时不受加 权矩 阵 Q和 R的影 响, Q 具有 明显 的物理或工程意义 。首先 , 比了结构主动控制 系统各数学模型 之间 的相 互关 系 , 据传递 函数矩 阵的 唯一性 ,在复 平 对 依 面 内进行最优零极点配 置 ; 其次 , 构造基于期望零极点 的 目标 传递 函数矩阵 , 并对传递 函数矩 阵进行 目标最小 实现 , 而 从 实现结构 主动控制 的最优极点配置 ; 最后 采用算例说明本文算法 的有 效性 和实用性 。 关键词 :结构 主动控 制 ; 数学模 型 ; 最优极点配置 ; 算法
动控 制 系统 的数 学 模 型 , 次 针 对 振 动 控 制 状 态 方 程 其 的 非唯 一性 而 传 递 函数 所 具 有 的唯 一 性 性 质 , 以地 震
置算 法 J 。在 土木 工程 结 构 振 动 控 制 领 域 内 , 算 此 法 常被 作为 主动 控制 算法 之 一 而被 介 绍 ' , 而 由 于 l 然 4 J 结构 工 程减震 控 制要 求 的多 目标 性导 致 该 算 法 的使 用 受 到 了很 大 限 制 , 多 土 木 工 程 专 著 在 主 动 控 制 算 法 很 理论 的论 述 中将 其 作 为 一 种 理 论 的完 善 予 以补 充 , 但
Ab t a t Ba e o h n n un q e e s o o r l f r e marx f r tu t r l a tv c n r lpoe a sg me t n sr c : s d n t e o — i u n s f c nto o c ti o sr cu a cie o to l s in n ,a o i lp l s in n l o t pt ma o e a sg me tag r hm s p o s d.Th i fe e c ewe n t e o ma c s o he ag rt m n he i wa rpo e e man di r n e b t e he p r r n e ft lo h a d t f f i
振 第3 1卷第 1 9期
动
与
冲
击
J OURNAL OF VI BRAT ON AND HOC I S K
结构 主 动控 制最 优 极 点 配置 算 法研 究
杜永峰 ,李春锋 ,李 慧 。
74 0 ; 3 0 0 7 05 ) 3 0 0
(. 1 兰州理工大学 防震减灾研究所 ,兰州 7 0 5 ;. 西学院 土木工 程学院 , 30 0 2 河 张掖 3 西部 土木工 程防灾减灾教育部工程研究 中心 , . 兰州
人极 点配 置 , 内外 很 多学 者 对 其 配 置 算 法 进 行 了研 国
F = X+C d Kj ’ d
() 4
2 3 动态 结构 图建 立 .
由式 ( ) 式 ( ) 式 ( ) 1 、 2 、 3 可构 建 如 图 1所 示 未 控 、 受控 系统状 态反馈 结 构 图 , 图示 可 以看 出 : 于状 态 由 基 反馈极 点 配 置 的 实 质 是 一 种 对 原 受 控 系 统 的 闭 环 控 制 , 于振 动控制 的多 目标 性 , 控 制 通 过 引入 状 态反 鉴 该
ea l x mp e.
Ke r s s cu a c ie c n r l y wo d : t t r la t o t ;mah mai d l p i lp l si n n ;ag rt m u r v o t e t mo e ;o t c ma o e a s me t l o i g h
讨 论 很少 , 献 [ ] 该 算 法 进 行 了较 为 详 细 的论 文 1对
扰动作用作为系统输入 , 对传递 函数矩 阵在复平面 内
进行 目标 零 、 极点 最优 ( 或期 望 ) 置 , 配 最后 对 所得 的最
优传递函数矩阵求其最小实现 , 获得较 为满 意的控制
力矩 阵 。证 明 了本 文 提供算 法 的合理 性 与正 确性 。
cas a L R o t l c v o t l a a s u trl ci ot l e he te n i o a eth rp sd l i l Q pi t ecnr s h t t c a at ecnr i t ma is a dR ddnt f c tepo oe sc ma a i o w t r u v ow g d r Q f
振 动 与 冲 击
21 0 2年第 3 1卷
( )算 法仅 对 系 统 而 言 , 考 虑 外 界 扰 动 。这 种 1 不 基于 系统进 行 的极 点 配 置 算 法 对 单 个 控 制 器 作 用 时 , 即单输 入 极点 配 置 适 用 , 而 由于 实 际工 程 多 为 多输 然
Op i a l s i n e l o ih o t u t a c i e c n r l tm lpo e a sg m nta g r t m f r sr c ur la tv o t o
收稿 日期 :2 1 0 2—0 1—1 修改稿收到 日期 :0 2—0 8 21 3—2 6 第 一作 者 杜永峰 男 , 士 , 博 教授, 士生导师 ,9 2年生 博 16 通讯作 者 李 春锋 男 , 士生, 博 讲师 ,9 8年生 17
其配置 的典型特点主要表现在以下几个方面 :
() 受 控 系统 b
图 1 非控 受控 系统 状态 反馈 结构图
F g 1 S ae fe b c l c i ga a e i . tt e d a k b o k d a r m b s d
on u onr le n o to ld s se nc tol d a d c n rle y t m
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( .Istt o E r q aePo co n i s r t ai , azo nvr t o ehooy L nhu7 0 5 , h a 1 ntue f a h uk rt t nadDs t i t n L nhuU i sy f cnlg , azo 30 0 C i ; i t ei a e Mig o e i T n
1 现有极点配置算 法讨 论
基 金 项 目 :国 家 自然 科 学 基 金 项 目( 0 7 10 5 9 83 )
传统 极 点配 置定 理在 现 代 控制 理 论 中仅是 针 对 于 非稳 定 系统 实现镇 定 或对 给定 系统 本 身进 行 目标 极 点
配置 , 用 于 实 际 工 程 其 本 身 并 没 有 太 多 实 际 意 义 。 应
a g rt m ,s h e a g rt m a b ius p y ia r e gne rn in fc n e Fisl lo ih o t e n w lo ih h d o v o h sc lo n i e g sg ii a c . r t i y,c mp r d t h ea in his o a e o t e r lto s p
( ) 多输 入极 点 配 置算 法 、 优 控 制 理论 及 工 程 3 最
实 际未能 进行 有效 结合 。由 于多 输入 极 点 配置 算 法 获 得反 馈矩 阵 的 非 唯一 性 , 优极 点 配 置算 法 理 论 一 度 最
成 为该领 域 研 究 热 点 , 而 在最 优 状 态 向 量 和最 优 控 然 制力 矩 阵 的平 衡方 面至 今未 能得 出令人 满意 的结论 。
2.De a t n fC vlE gn e i g pr me t i i n i e r ,He i l g ,Z a g e 7 4 0 o n x l e h n y 3 0 0,C ia; Co e hn
3 .Wet nC n r f i s r igtni Cv n i eig s r et s t t ao n il g er ,Mi syo E uai , azo 3 0 0 C ia e e o D a e M i i iE n n n t f d ct n L nh u7 0 5 , hn ) ir o
究, 如龙伯格标 准型分解 、 鲁棒极 点配置等 , 其得 出的
主要结 论 为 : 对 特 定 极 点 , 计 的反 馈 矩 阵 ( 制 矩 针 设 控
阵 ) 有非 唯一 性 。 具
馈增益 矩 阵 G 来实 现 。
( )多 输入 极点 配置算 法设 计 的控 制 矩 阵与 实 际 2 工程 的差 异太 大 。这 种原 因导 致该 算 法 仅形 成 一 种理 论 , 应用 于工 程实 际 的却 非 常少 , 而 即使 有应 用 得 出 的 结论也 往 往使人 难 以信服 。
极 点配 置理 论作 为现 代 控 制 理论 的 主要 理论 之一 被广 泛 的应 用 于 各 种 学 科 ¨ J而 其 最 优 配 置 问 题 多 ,
年来 一 直为 各Βιβλιοθήκη Baidu行 业 所 关 注 , 由此 产 生 了 各 种 各 样 的配
述, 然而 其所 得 到 的结果仍 不 能令人 满 意 。 在现 有 理论 研 究 基 础 上 , 先 建 立 合 理 的 结 构 振 首
摘 要 :针对结构主动控制极点配置理论所得控制力矩阵的不唯一性, 提出一种基于结构主动控制极点配置的优
化算法 。该算法与经典 L R最优主动控制主要 区别表现在用 于结构主动控制 时不受加 权矩 阵 Q和 R的影 响, Q 具有 明显 的物理或工程意义 。首先 , 比了结构主动控制 系统各数学模型 之间 的相 互关 系 , 据传递 函数矩 阵的 唯一性 ,在复 平 对 依 面 内进行最优零极点配 置 ; 其次 , 构造基于期望零极点 的 目标 传递 函数矩阵 , 并对传递 函数矩 阵进行 目标最小 实现 , 而 从 实现结构 主动控制 的最优极点配置 ; 最后 采用算例说明本文算法 的有 效性 和实用性 。 关键词 :结构 主动控 制 ; 数学模 型 ; 最优极点配置 ; 算法
动控 制 系统 的数 学 模 型 , 次 针 对 振 动 控 制 状 态 方 程 其 的 非唯 一性 而 传 递 函数 所 具 有 的唯 一 性 性 质 , 以地 震
置算 法 J 。在 土木 工程 结 构 振 动 控 制 领 域 内 , 算 此 法 常被 作为 主动 控制 算法 之 一 而被 介 绍 ' , 而 由 于 l 然 4 J 结构 工 程减震 控 制要 求 的多 目标 性导 致 该 算 法 的使 用 受 到 了很 大 限 制 , 多 土 木 工 程 专 著 在 主 动 控 制 算 法 很 理论 的论 述 中将 其 作 为 一 种 理 论 的完 善 予 以补 充 , 但
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振 第3 1卷第 1 9期
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(. 1 兰州理工大学 防震减灾研究所 ,兰州 7 0 5 ;. 西学院 土木工 程学院 , 30 0 2 河 张掖 3 西部 土木工 程防灾减灾教育部工程研究 中心 , . 兰州
人极 点配 置 , 内外 很 多学 者 对 其 配 置 算 法 进 行 了研 国
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2 3 动态 结构 图建 立 .
由式 ( ) 式 ( ) 式 ( ) 1 、 2 、 3 可构 建 如 图 1所 示 未 控 、 受控 系统状 态反馈 结 构 图 , 图示 可 以看 出 : 于状 态 由 基 反馈极 点 配 置 的 实 质 是 一 种 对 原 受 控 系 统 的 闭 环 控 制 , 于振 动控制 的多 目标 性 , 控 制 通 过 引入 状 态反 鉴 该
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Ke r s s cu a c ie c n r l y wo d : t t r la t o t ;mah mai d l p i lp l si n n ;ag rt m u r v o t e t mo e ;o t c ma o e a s me t l o i g h
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优传递函数矩阵求其最小实现 , 获得较 为满 意的控制
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21 0 2年第 3 1卷
( )算 法仅 对 系 统 而 言 , 考 虑 外 界 扰 动 。这 种 1 不 基于 系统进 行 的极 点 配 置 算 法 对 单 个 控 制 器 作 用 时 , 即单输 入 极点 配 置 适 用 , 而 由于 实 际工 程 多 为 多输 然