声振耦合舱室结构系统的可靠控制设计方法研究

Structures with closed cavity which is of coupled vibro-acoustic characteristics are widely used in both the military and civilian equipment and products. Serious vibration and noise are always easily induced for these structures under external excitations and active control technology is an effective mean to suppress it. In engineering, the ability to resist uncertainties and disturbances should be incorporated during the design of an active control system, which has been the focus of the conventional robust control. However, conservativeness resulting in extra energy consumption and weight of the control system is also a seriously challenging problem. This project aims to develop a "reliable control" technology by combining the modern control theory and non-probabilistic reliability design theory, which will significantly reduce the conservativeness during the design of active control system. To achieve the reliable control of the coupled vibro-acoustic system, the project will focus on three main problems, including dynamics modelling of the uncertain vibro-acoustic coupling system and its subsequent reduced-order method, reliable controller design, and integrated uncertainty-based optimization technology of the control system. This project will settle uncertainty propagation in reliable controller design, LMI-based design of reliable controller and multidisciplinary uncertain integrated optimization three scientific issues. The achievements of this project can provide theoretical support for the active control of coupled vibro-acoustic systems, while the non-probabilistic reliable control design can also play a "feedback" effect on the modern control theory, enriching the modern control theory.

具有声振耦合特性的封闭舱室结构广泛存在于军民用装备和产品中，外激励下极易产生强烈的振动和噪声，主动控制是抑制其振动与噪声的有效手段。实际工程中，主动控制设计必须使系统具有抵御不确定性和干扰的能力。传统鲁棒控制虽然可以有效解决系统不确定性问题，但控制系统常常偏于保守，造成系统能耗高并且重量大。本项目拟将现代控制理论与非概率可靠性设计相结合，发展一种能够减小系统保守性的“可靠控制”技术。以声振耦合系统的可靠控制为主线，重点研究不确定声振耦合系统动力学建模与降阶方法、声振耦合系统可靠控制器设计与求解方法及控制系统不确定性综合优化技术。解决声振耦合系统可靠控制设计过程中面临的不确定性传播、基于线性矩阵不等式的可靠控制律求解及多学科不确定综合优化等关键科学问题。为声振耦合结构系统振动和噪声主动控制提供理论支撑，同时，非概率可靠控制设计也可以对现代控制理论起到“反哺”作用，发展和丰富现有控制理论体系。

具有声振耦合特性的封闭舱室结构广泛存在于军民用装备和产品中，外激励下极易产生强烈的振动和噪声，主动控制是抑制其振动与噪声的有效手段。实际工程中，主动控制设计必须使系统具有抵御不确定性和干扰的能力。传统鲁棒控制虽然可以有效解决系统不确定性问题，但控制系统常常偏于保守，造成系统能耗高并且重量大。本项目将现代控制理论与非概率可靠性设计相结合，提出了一种能够减小系统保守性的非概率“可靠控制”技术。.本项目完成的主要研究工作包括：（1）建立了被控结构/控制系统耦合的非线性动力学方程，分析了声振耦合系统的多源不确定性，基于非概率区间理论和非概率贝叶斯理论实现了不确定因素的定源和量化，并发展了非线性不确定系统的降阶方法；（2）对受控制系统的区间非概率可靠度度量方法进行了研究，从系统稳定性和系统性能两方面，提出了基于动力响应的主动控制系统的可靠性分析方法；进而结合最优控制、PID控制等理论，建立了非概率可靠控制的控制律优化设计方法；（3）针对控制系统的综合优化，考虑了离散控制元件和分布式控制元件的配置，结合可控性理论和拓扑优化理论，建立了控制元件配置的稳健性与可靠性优化方法，并提出了面向分布式控制元件的控制系统不确定性综合优化方法；（4）建立了声振耦合结构系统可靠控制实验方法，针对智能梁和飞机内埋弹舱等结构进行了主动可靠控制实验，验证了提出的声振耦合舱室结构可靠控制理论和方法的可行性与有效性。.本项目解决了声振耦合系统可靠控制设计过程中面临的不确定性传播、可靠控制律设计与求解及多学科不确定综合优化等关键科学问题。为声振耦合结构系统振动和噪声主动控制提供理论支撑，同时，非概率可靠控制设计也可以对现代控制理论起到“反哺”作用，发展和丰富现有控制理论体系。.本项目研究工作成果在国际著名期刊上发表SCI论文38篇，授权发明7项，出版科学出版社专著1部。培养研究生10名。申请软件著作权1项。