基于磁致伸缩作动器的拉索控制时滞补偿理论研究与仿真

发布时间：2017-06-08 20:09

  本文关键词：基于磁致伸缩作动器的拉索控制时滞补偿理论研究与仿真，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：斜拉桥拉索具有质量轻、柔度大、阻尼小、固有频率低等特点,在外部荷载作用下,容易产生多种形式的有害振动。采用轴向控制力进行拉索振动控制是一种有效的方法,如果控制过程中存在时滞将严重影响着控制效果,因此,必须对其时滞补偿控制理论开展研究。本文课题来源于国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2015CB057702)和国家自然科学基金项目(51378203),针对拉索-磁致伸缩作动器系统控制过程中存在的时滞问题,采用时滞补偿方法-移相法对其用主动控制和半主动控制算法进行时滞补偿理论研究和数值仿真验证。主要的研究工作包括:(1)介绍了斜拉桥拉索振动控制的基本概念和发展状况,分析了拉索横向振动控制方法—被动控制、主动控制以及半主动控制的优劣;介绍了超磁致伸缩作动器及时滞补偿控制算法的研究现状;最后阐述了了本文研究意义与主要内容。(2)介绍了超磁致伸缩材料主要力学性能、自制的作动器的构造以及试验装置的设计。对超磁致伸缩作动器开展力学性能试验,研究磁致伸缩作动器的力—磁耦合关系函数以及位移—力之间的关系函数。(3)建立了小垂度拉索—磁致伸缩作动器振动控制系统模型,针对拉索非线性振动控制问题,提出了拉索平均值线性化和初始值线性化两种线性化方法,并进行了理论分析和实例仿真。(4)研究了时滞补偿理论—移相法,并以单自由度结构作为仿真实例,研究了系统的结构参数以及控制参数对移相法时滞补偿性能的影响。(5)提出了拉索—磁致伸缩作动器主动控制系统时滞补偿方法,采用线性最优控制算法(LQR)仿真分析了在自由振动与随机激励两种工况下的时滞补偿效果,仿真结果表明,移相法能够取得良好的时滞补偿效果,接近无时滞最优控制减振率。(6)提出了拉索—磁致伸缩作动器半主动控制系统时滞补偿方法,在自由振动与随机激励两种工况下的时滞补偿效果进行了仿真分析,并与主动控制效果进行对比,仿真结果表明,移相法能够取得良好的时滞补偿效果,接近无时滞控制减振率。
【关键词】：拉索 磁致伸缩作动器 时滞补偿 移相法 线性化方法 主动控制 半主动控制 仿真分析
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.27
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-22
• 1.1 引言12-13
• 1.2 斜拉桥拉索的振动及研究现状13-15
• 1.3 时滞及其时滞补偿研究现状15-17
• 1.4 磁致伸缩作动器的研究与应用现状17-18
• 1.4.1 超磁致伸缩作动器的研究现状17-18
• 1.4.2 磁致伸缩作动器的的应用18
• 1.5 本文研究意义18-19
• 1.6 论文研究的背景及文章结构19-22
• 第二章 超磁致伸缩作动器的性能研究22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 超磁致伸缩材料的物理特性22-24
• 2.3 磁致伸缩作动器综合实验系统24-29
• 2.3.1 磁致伸缩作动器模型24-25
• 2.3.2 作动器试验设计方案25-29
• 2.4 磁致伸缩作动器力-磁耦合关系29-32
• 2.4.1 无偏置磁场力-磁耦合的性能分析30-31
• 2.4.2 有偏置磁场力-磁耦合的性能分析31-32
• 2.5 磁致伸缩作动器力-位移之间关系32-34
• 2.5.1 电涡流测微仪静态位移33
• 2.5.2 电涡流测微仪动态位移33-34
• 2.6 小结34-36
• 第三章 拉索非线性系统线性化方法36-52
• 3.1 引言36
• 3.2 拉索面内状态方程36-38
• 3.2.1 拉索面内单模态状态方程37-38
• 3.2.2 拉索面内多模态状态方程38
• 3.3 拉索非线性系统线性化方法38-42
• 3.3.1 双线性控制38-39
• 3.3.2 平均值线性化控制39-40
• 3.3.3 初始值线性化控制40
• 3.3.4 线性化方法影响分析40-42
• 3.4 经典二次型线性最优控制算法42-44
• 3.5 算例仿真分析44-50
• 3.5.1 拉索参数44-45
• 3.5.2 拉索面内单模态三种线性化方法对比45-47
• 3.5.3 拉索面内多模态三种线性化方法对比47-50
• 3.6 本章小结50-52
• 第四章 时滞补偿方法—移相法52-62
• 4.1 引言52
• 4.2 时滞补偿方法—移相法52-54
• 4.3 仿真分析54-61
• 4.3.1 采样间隔对移相法的影响56-58
• 4.3.2 权矩阵对移相法补偿效果的影响分析58-59
• 4.3.3 结构阻尼比(?)对移相法补偿效果的影响分析59
• 4.3.4 位移与速度不同时滞时移相法补偿效果分析59-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 拉索主动控制时滞补偿研究62-74
• 5.1 引言62
• 5.2 拉索面内离散状态方程62-63
• 5.3 基于移相法的拉索时滞补偿理论63-64
• 5.4 仿真分析64-72
• 5.4.1 拉索面内单模态时滞补偿仿真分析64-68
• 5.4.2 拉索面内多模态时滞补偿仿真分析68-72
• 5.5 本章小结72-74
• 第六章 拉索半主动控制时滞补偿研究74-90
• 6.1 引言74
• 6.2 半主动控制算法74-75
• 6.3 半主动控制算法下拉索时滞补偿理论研究75-76
• 6.4 仿真分析76-87
• 6.4.1 主动控制与半主动控制算法减振效果对比76-81
• 6.4.2 半主动控制时滞补偿减振效果仿真分析81-87
• 6.5 结论87-90
• 第七章 总结与展望90-92
• 7.1 全文总结90-91
• 7.2 展望91-92
• 参考文献92-98
• 致谢98-100
• 附录A100
• 攻读硕士学位期间参加的研究项目100
• 攻读硕士学位期间发表的文章100

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：433613