Активное подавление колебаний упругих систем на основе биоморфного подхода

• Автор: Котов, Виталий Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 178 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Обзор технологий подавления колебаний распределённых объектов

1.1 Основные цели и принципы теории автоматического управления

1.2 Системы управления распределёнными объектами

1.2.1 Пассивные системы управления

1.2.2 Активные системы управления

1.2.3 Полуактивные системы управления

1.2.4 Гибридные системы управления

1.3 Оптимальные и робастные алгоритмы управления

1.4 Подавление колебаний упругих систем с помощью модального управления
1.5 Выводы
Глава 2. Моделирование и анализ случайных процессов
2.1 Краткое описание физических процессов
2.2 Основные характеристики случайных процессов
2.3 Методы моделирования случайных процессов
2.4 Анализ физических процессов
2.5 Выводы
Глава 3. Управление упругим механическим объектом на основе использования биоморфных алгоритмов
3.1 Описание системы управления

3.2 Биоморфное подавление колебаний упругой балки вызванных внешним
гармоническим воздействием
3.3 Биоморфное подавление колебаний упругой балки вызванных внешним стохастических воздействием
3.4 Реализация алгоритма биоморфного управления
3.5 Биоморфное управление вращением привода с упругой кинематической цепью
3.6 Практическая реализация биоморфного управления на учебной экспериментальной установке
3.7 Выводы
Глава 4. Влияние параметров биоморфных алгоритмов на качество управления случайными колебаниями шарнирно опёртой балки
4.1 Поиск оптимального критерия качества управления колебаниями модельного объекта
4.2 Оптимизация с помощью линейно-квадратичного регулятора
4.3 Синтез оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов на основе биоморфного подхода
4.4 Выводы
Заключительные выводы
Список литературы

Введение
Актуальность темы. Постоянное увеличение количества строительных конструкций, находящихся в эксплуатации и применение новых материалов приводит к усложнению технологий строительства. Как отмечал архитектор Канчелия - единственным надёжным инженерным сооружением является пирамида. Решить эту фундаментальную проблему техники и технологии можно с помощью управляемых конструкций, где надёжность будет обеспечиваться за счёт непрерывного управления состоянием конструкции.
При управлении распределёнными объектами сложной структуры в мехатронике применяется подход, связанный с анализом собственных частот и форм колебаний и последующей расстановкой приводов в узлах и пучностях таким образом, чтобы можно было обеспечить максимум снижение амплитуды колебаний в заданном частотном диапазоне. Такой подход является одним из основных в мехатронике. Вместе с тем он не позволяет решать задачи мехатроники как типовые, так как для каждого конкретного объекта требуется проведение длительного численного и экспериментального исследования для определения мест расположения приводов и датчиков. Это мешает широкому внедрению методов управления распределёнными объектами. Вместе с тем задача борьбы со случайными широкополосными колебаниями механических строительных конструкций в связи с увеличением внешнего воздействия на них, требует более точного управления. В этой связи актуальным является разработка нового подхода к управлению распределёнными механическими объектами, с использованием современных методов теории управления, основанных на проведении декомпозиции управляемых систем. Эти методы получили существенное развитие в работах М. Г. Захарова, Т. Ю. Захаровой, А. А. Первозванского и других учёных.
Идеология разделения управления упругим объектом на управление отдельными модами была сформулирована как модальный контроль еще в 60-х

Тогда задача Ноо - оптимизации заключается в выборе регулятора в форме обратной связи по состоянию
U = Кх,
Который минимизирует Нсо - норму передаточной функции H(s) замкнутой системы, т.е.
ттЦЯ^, H(s)= C(sl - (A+ BK))~lD,

в предположении, что К - стабилизирующий регулятор. Данная задача имеет два различных решения. Одно проводится в пространстве состояний с использованием уравнения Риккати, а второе - связано с описанием исходной системы с помощью передаточных функций и дано в частотной области.
В работе [125] как раз даётся решение задачи с помощью второго подхода. Авторы рассматривают систему, в которой реальные возмущения представлены в виде
= ^мА дс=^сА &е=8е1, которые предполагаются неизвестными, но ограниченными
(- <8М,8с,дЕ Si),
Действительные физические параметры системы можно записать в следующей форме:
М=М{1 + РмАм), С = С(/ + рсАс), Е = Е{1 + рЕАЕ)
Где М,С,Е представляют собой массу, значение амортизатора и жёсткость пружины соответственно. Они находятся в рм’РС’Ре процентном соотношении с их номинальными значениями, обозначенными чёрточкой наверху. Неопределенность в матрицах М~г,С,Е может быть представлена матричными функциями линейного фрактального преобразования (Linear, Fractional, Transformation, LFT):