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斜拉索-磁流变阻尼器分布参数系统建模及减振控制
| 论文题名： | 斜拉索-磁流变阻尼器分布参数系统建模及减振控制 |
| 关键词： | 斜拉索;磁流变阻尼器;减振控制;数据建模;预测控制;控制时滞 |
| 摘要： | 我国是目前世界上拥有斜拉桥数量最多的国家.斜拉桥拉索本身具有柔度大、阻尼小、质量小的特点，容易发生不同类型的振动，影响了桥梁的安全运营及使用寿命。考虑斜拉索系统在外部激励未知情况下的建模和磁流变阻尼器存在时滞问题，本文建立了基于数据驱动的斜拉索-磁流变阻尼器模型，并进行减振控制研究，主要工作总结如下： （1）提出了一种基于数据驱动的斜拉索-磁流变阻尼器系统建模方法。利用K-L时空分解方法得到表征系统空间结构的空间基函数，将其与系统输出作内积求出表征系统状态幅值的时间序列，根据时间序列和外载荷等数据信息，利用递推最小二乘算法和Simulink仿真模型进行系统辨识得到时域模型，将空间基函数与时域模型进行空间重构，最终建立了时空模型（ARMAX模型和离散状态空间模型），在误差允许的范围内，K-L分解方法可以应用在斜拉索系统的建模研究中，为实际工程中斜拉索系统模型的建立提供有效的办法。 （2）在时空ARMAX模型基础上，提出了斜拉索-磁流变阻尼器系统的广义预测控制进行拉索的实时减振控制。利用Dioaphantine方程推导出其预测模型，并结合滚动优化和反馈校正使得当前时刻的控制情况得到反馈并进行下一时刻的优化，进而使输出沿一定的曲线逐渐达到期望值，利用MATLAB进行仿真计算。结果分析表明：该控制算法可以对系统模型进行实时减振控制，且对幅值占比较大的系统模型进行有效地实时减振控制，满足实际工程的需要，且当外部激励频率一定、幅值不定情况下，优化前后的拉索的振动位移响应随着外部激励幅值的增大而增大。最后通过试验验证控制算法的准确性，试验结果表明半主动控制下的阻尼器相比较无阻尼状态下、被动控制状态下，对斜拉索起到了减振的效果，表明该控制算法起到了一定的减振效果，满足实际工程的需要。 （3）在上述建立的离散状态空间模型基础上，考虑了磁流变阻尼器存在的控制输入时滞问题，提出了一种H∞抑制干扰的保性能减振控制算法。通过引入H∞保性能控制，使得设计的控制器在外界干扰下，达到二次性能指标最小，进而结合凸优化问题求出相应的减振控制增益。仿真结果表明：磁流变阻尼器控制输入滞后越小,则控制器的可解性也越好,而外部激励幅值越大，其减振控制效果越不佳，在实际系统中应尽可能减小控制输入滞后的影响。其次在进行闭环控制后拉索的振幅明显下降，说明该控制器可以解决时滞引起的拉索大幅度振动问题，可以对其进行有效地减振控制。 |
| 作者： | 王振 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 张刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 宁波大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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