具有输入时滞的柔性结构系统时滞辨识及自适应控制研究

In this project, time delay identification and adaptive control of flexible structure with input delays are studied. The main contents include: (1) Identification of multiple time delays. In order to avoid the significant impact of inherent time delay on the control effect in the control loop, the technique of adaptive identification is used to identify the different time delays in the control loop. (2) Adaptive control design for time delay system with parameter variation. There is uncertainty in the model parameters of the system, and the structural parameters may vary with the external environment and working conditions. Considering the system with unknown parameters or varying parameters, an adaptive controller is designed to ensure that the system is stable and running optimally. (3) Adaptive control design for time-varying delay system. An adaptive control method is studied which can real-time track the unknown time-varying delay in the control loop to guarantee the optimal control performance. (4) Adaptive control design for time delay system with unknown nonlinearities. Considering the unknown nonlinearities in the system, the unknown fuzzy parameters can be used to describe the unknown nonlinearities in the system by means of the fuzzy logic system, and then the flexible structural systems with time delays can be control via the adaptive controller. (5) Time delay experiment. Experiment study will be carried out in this project to verify the validity of the theoritical results.

本项目对柔性结构时滞系统的时滞辨识及自适应控制进行研究，内容包括：（1）多时滞辨识。研究采用自适应辨识原理对控制回路中的不同时滞量进行辨识，来消除主动控制回路中固有的时滞对控制效果的显著影响。（2）具有参数变化的时滞系统自适应控制设计。系统模型参数本身具有不确定性，而外部环境和工况的改变可能导致结构参数发生变化。考虑当系统参数未知或参数变化时，设计自适应控制器确保时滞动力系统稳定并运行在最优状态。（3）时变时滞系统自适应控制设计。研究能够对控制回路中未知的时变时滞量进行实时跟踪预估，从而使控制性能达到最优的自适应控制设计方法。（4）非线性特性未知的时滞系统自适应控制设计。考虑系统中未知的非线性特性，拟采用模糊逻辑系统将未知非线性特性用未知模糊参数描述，从而对柔性结构时滞系统进行自适应控制设计。（4）时滞实验。以柔性结构为对象开展时滞辨识和时滞自适应控制实验研究验证理论成果的有效性。

本项目以多种柔性结构为对象，对具有输入时滞的柔性结构系统进行时滞辨识及自适应控制研究。主要研究内容如下：（1）开展多时滞辨识问题研究。考虑不同时滞量和不同控制输入下的频响函数，通过不同时滞量下的频响函数得到用于辨识时滞量的误差函数；然后利用Parseval定理给出了时滞辨识的时域方法。研究结果表明利用低频激励下的时域响应信号能够有效的对系统中的时滞量进行辨识，而高频信号无法用于时滞辨识。（2）开展具有不确定结构参数的时滞系统自适应控制研究。首先利用时滞控制力项的差分方程将时滞动力学方程变为形式上不含有时滞项的状态方程；根据时滞动力学方程和已知变量建立相应参考模型，并设计参考模型控制律以保证闭环参考模型稳定；最后采用模型参考自适应控制方法设计控制律。仿真和实验结果表明了所提出自适应控制方法的正确性。（3）非线性特性已知的时滞系统主动控制研究。首先采用Bouc-Wen滞回模型对结构的非线性恢复力进行描述，其中非线性模型参数未知；然后采用状态变量增广和时滞积分变换以得到系统的非线性状态方程，并进行时滞控制律的设计。仿真和实验结果表明所提出的方法能够有效辨识Bouc-Wen模型的参数并能对系统进行有效地控制。（4）非线性特性未知时滞系统主动控制研究。首先利用时滞控制力项的差分方程将时滞系统动力学方程变为形式上不含有时滞项的增广状态方程；然后采用Lyapunov方法和自适应backstepping方法进行控制律的设计，其中采用模糊函数处理系统中的不确定非线性特性。研究结果表明所提出控制方法的有效性。（5）机翼颤振的时滞自适应容错控制研究。考虑到执行器输入故障、模型不确定等因素，针对再入飞行器机翼颤振问题提出了一种有限时间内时滞自适应容错控制算法，并且利用Lyapunov-Krasovskii泛函证明了闭环颤振系统的稳定性。研究结果表明时滞会导致闭环颤振控制系统系统响应出现发散，设计的控制器对时滞变化、模型不确定性等因素具有很好的鲁棒性，并能同时处理小时滞和大时滞问题。