结构振动主动控制系统参数空间的精细分析及混合时滞效应

This research project considers the active control systems with multiple time delays derived from modern building structures. The distribution of every control performance index on the parameter space is analyzed elaborately, the optimization of state information and control parameter is studied, the effects of the combined time delays are stated. .Firstly, the distribution of the data of every control performance index on the parameter space is calculated by using proper method of searching algorithm; the theory of combined figures is introduced, and the distribution of the data is illustrated through the method of combined figures. The fine structure figures of the parameter space are derived by analyzing the combined figures elaborately. Secondly, according to the fine structure figures, the regularity of the distribution of the data of every control performance index is revealed, the regularity of the influence of combination of state information and control parameters on every control performance indexes is uncovered. The effects of the combined time delays on control performance are clarified, the combination of time delays which is benefit to the control performance is obtained. In the last, the plant of building structure with active mass damper is studied to demonstrate the validity of the analytically designed parameters, and to consider the practicability to improve the control performance by incorporating proper combined time delays in experiments. .This research project can provide modern engineering with theoretical guidance, and enrich the results of time delay controlled systems.

本项目以结构振动控制工程领域中含多时滞主动控制系统模型为研究对象。对各项控制性能指标在参数空间中的分布进行精细分析，研究状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应。.首先，提出适当的搜索方式和算法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据；建立联合图理论，通过联合图实现分布数据的可视化；对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图。其次，依据精细结构图，揭示各项控制性能指标在参数空间中的分布规律，阐明不同的状态信息组合和控制参数对各项控制性能指标的影响规律；阐述混合时滞效应，明确有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征。最后，以带主动质量阻尼器的建筑结构模型为实验平台，验证理论方法求得的状态信息组合和控制参数值在实验中的控制效果；考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。.本项目的研究为现代结构振动控制工程提供理论指导，同时丰富了时滞控制系统的基础理论成果。

主动控制技术在结构振动控制中得到广泛关注。在对结构施加主动控制的过程中，时滞不可避免，这时受控结构是含混合时滞的无穷维多输入多输出系统，其控制过程复杂，对控制装置要求高，控制代价昂贵。本项目以降低控制过程的复杂性、减少控制代价、以及正确地处理混合时滞为研究目标。研究的主要内容和取得的重要结果包括以下几个方面。.第一方面，提出了适当的搜索方式和算法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据；建立了联合图理论，通过联合图实现分布数据的可视化；对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图。这些研究成果是进一步研究混合时滞及相应反馈增益系数对各项控制性能指标影响的基础。第二方面，依据精细结构图，揭示了各项控制性能指标在参数空间中的分布规律，阐明不同的状态信息组合和控制参数对各项控制性能指标的影响规律；特别阐述了混合时滞效应，明确有利于提高控制效果的时滞组合形式。在多目标的优化设计中，发现适当的混合时滞可以获得较好的综合性能指标。第三方面，提出了多种改进的（广义）时滞差分反馈镇定系统不稳定解，研究了带空间切换和时间切换的（广义）时滞差分反馈在镇定系统不稳定解中的应用。发现稳定区域随控制区域（切换频率）的变化非平滑改变。当控制区域（切换频率）选择合适时，可以获得比较大的稳定区域。第四方面，研究了动态（广义）时滞差分反馈在镇定系统不稳定解的效果，通过多目标优化设计，采用遗传算法求得目标函数和参数空间的Pareto解集。结果表明，动态（广义）时滞差分反馈比常规的时滞差分反馈具有更好的控制效果、更大的稳定区域和更好的过渡过程。.课题组通过四年的研究工作，完成了任务书中的研究内容，取得了丰硕的研究成果，发表了多篇高质量的期刊论文。这些研究成果丰富了主动控制工程的内容，特别是加深了对时滞反馈控制效果的认识。在人才培养方面，共培养了十多位硕士研究生，同时课题组年轻教师得到了成长。