多变环境下率相关迟滞模型参数实时辨识与自适应振动控制研究

At different work environment, the hysteresis of smart structure is rate-dependent. The problem is not solved only by the conventional modeling and controlling methods. For the issue of the model parameters in the hysteresis nonlinear control system not updating in time under the dynamic environment, the goals of the research are to establish valid dynamical model and to effectively control the vibration of the hysteresis nonlinear system. Furthermore, and the advanced identification method and the latest vibration control theory are achieved by the research. For a flexible smart structure, the rate-dependent hysteresis vibration property is studied. Moreover, the modeling, identifying, active control and experimental analyses for the nonlinear system are implemented. Specifically, study the modeling method of the rate-dependent hysteresis property to establish the analysis theory for influence factor on the hysteresis response under the dynamic environment; explore the identification mechanism for the hysteresis nonlinear model parameters to propose a hysteresis compensation control method; design an adaptive control strategy for the nonlinear system to find the influence discipline of the hysteresis characteristic on the control results; establish the experimental platform to discuss the verification methods of the dynamical model and the control law for the smart structure. Finally, it is expected that the research results can provide the theoretical and technological support for the dynamics design, optimal control, vibration suppression, prolong life and performance improvement for the smart structure.

在多变环境下，智能结构的迟滞现象具有率相关性，如采用传统的建模和控制方法，则会因为模型参数无法实时更新而导致智能结构控制系统的控制效果无法满足精度要求的问题。本项目拟针对以上问题，基于模型参数实时辨识和自适应振动控制的新方法和理论，以柔性智能结构为对象，对多变环境下率相关迟滞非线性系统的力学建模、参数辨识、振动控制及其实验分析进行深入研究。具体内容包括：建立多变环境下率相关迟滞非线性系统的动力学模型，开展迟滞非线性模型未知参数实时辨识与系统自适应控制策略在线设计的工作，发现率相关迟滞特性影响控制系统的规律，揭示率相关迟滞特性产生的机理，提出智能结构率相关迟滞模型参数在线辨识及振动控制的方法，并通过实验进行验证。项目成果可为柔性结构的动力学设计、最优控制、减振延寿和性能改进提供更为有效的理论与技术支持。

本项目以柔性压电智能悬臂结构为研究对象，建立了智能结构迟滞特性数学模型、设计和优化了迟滞模型参数辨识算法、分析了智能结构迟滞系统的稳定性，探索了迟滞特性影响振动自适应控制效果的一般规律；针对智能结构迟滞特性，设计了智能结构迟滞特性的逆补偿控制律，再采用反馈控制策略实现了压电智能悬臂结构的振动自适应混合控制的研究，分析了不同程度的迟滞补偿如何影响智能结构振动控制的效果研究；基于双驱动压电智能结构，提出了多驱动智能结构自适应控制算法，分析了多驱动与单驱动智能结构控制效果对比结果；基于智能结构自适应控制理论方法，搭建了多种激励环境（随机激励环境、风致振动环境和温控环境）下智能结构控制系统实验平台，开展了随机激励环境、风致振动环境和温控环境下智能结构的自适应振动控制实验研究工作，为以后进一步研究提供了科研实验手段和验证演示环境。在本项目研究中，智能结构系统处于稳定的前提下，不同程度补偿迟滞特性，智能结构自由振动控制效果具有一定的规律，且合理设置迟滞量大小有利于提高智能结构振动控制效果；在不补迟滞和完全补偿迟滞这两种情况下，智能结构在第二种情况下的振动抑制效果更好；双驱动智能结构比单驱动智能结构的振动控制效果更好；对多种激励环境下智能结构振动采用自适应控制比采用传统极点配置控制的控制效果更佳。本项目研究成果为柔性结构的动力学设计、寿命延长及减振降噪问题提供了有效的理论和技术支持。