一类多自由度机械系统的时滞反馈镇定

发布时间：2020-07-04 02:26

【摘要】： 近二十年来,在计算机、传感器和驱动器等技术的带动下,主动控制技术得到了快速发展。然而,随着人们对控制速度和性能要求的不断提高,控制回路中不可避免的时滞成为制约主动控制技术发展和应用的一个重要因素。另一方面,时滞并非总是不利因素,若主动巧妙地利用时滞则可在某些情况下改善控制系统的性能。此外,非线性时滞系统具有丰富的动力学现象,在动力学分析的基础上设计控制器可获得一些独特的控制效果。所以,时滞系统的动力学与控制研究具有重要的科学意义和工程应用价值。 本文以一类具有多个不稳定平衡点的多自由度机械系统作为主要对象,研究时滞反馈镇定方法和相关的非线性动力学问题,进而深化对时滞系统动力学与控制的认识。论文的主要研究工作与学术贡献如下: 1.根据研究目的,设计并研制了一套可用于时滞动力学与控制研究的小车～二级摆控制实验系统。通过理论、数值和实验手段研究了数字滤波器对该系统稳定性和分叉的影响。实验发现,若滤波器设计指标设置过高会因引入过长的群时延量而导致系统平衡点失稳,发生Hopf分叉。在理论和数值分析中,将滤波器简化为纯滞后环节,得到连续的时滞动力系统,进而可分析其稳定性和平衡点失稳后的Hopf分叉。理论、数值和实验结果的一致性肯定了将数字滤波器等效为纯滞后环节的合理性。 2.对现有的几种基于状态变换的时滞线性二次型(LQ)控制方法做了简要的介绍,并在小车～二级摆控制实验中尝试使用时滞LQ控制方法避免滤波器群时延引起的闭环系统失稳。实验的成功证实了控制方法的有效性,并说明了将滤波器简化为时滞环节的合理性。 3.揭示了针对输入时滞系统的一种连续状态变换和一种离散状态变换之间的比例关系。在研究两者关系的过程中,提出了一种新的连续时滞LQ控制方法。在该方法设计的控制律中,反馈增益矩阵不随着时滞量的变化而改变,为控制含时变时滞的系统提供了可能。随后探讨了新方法在慢变输入时滞系统中的应用。 4.提出了一套通过位移和滞后位移(PDP)反馈来镇定多自由度线性无阻尼机械系统的方法。对于全驱动系统,先通过模态解耦和单自由度系统的稳定区域图完成对应每个模态自由度的控制器设计,然后按照反解耦过程重构物理空间的反馈控制器。对于欠驱动系统,提出一种两步控制策略:先设计位移反馈控制,将闭环系统极点配置到虚轴上;再基于非线性特征值灵敏度分析设计位移和滞后位移差分反馈控制,使闭环系统极点移动到左半复平面。数值仿真演示了PDP反馈控制器的设计过程并验证了其有效性。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TH113
【图文】：

带以钢丝绳或玻璃纤维绳为承载层，其强度高，受载后变形极小，能保持齿，因而能保持准确的传动比。而且同步带以氯丁橡胶或聚氨酯为基体，可消具有链传动和带传动的优点。同步带传动的缺点是重载荷运行时容易丢转。鉴惯性较小，综合考虑后最终选用了同步带传动。图 2.7 同步带传动系统各部分设计加工装配完成后的实物如图一九一一年一月二日二 2.8 所示包覆层基底 承载层带轮

绳或玻璃纤维绳为承载层，其强度高，受载后变形极小，保持准确的传动比。而且同步带以氯丁橡胶或聚氨酯为基动和带传动的优点。同步带传动的缺点是重载荷运行时容易，综合考虑后最终选用了同步带传动。包覆层2011年 第06期 工程科技Ⅱ辑

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本文编号：2740495