結(jié)構(gòu)振動主動無線控制及時滯補(bǔ)償問題研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文結(jié)構(gòu)振動主動無線控制及時滯補(bǔ)償問題研究StudyonActiveWirelessControlandTimeDelayCompensationofStructuralVibration學(xué)號：21209025完成日期：至Q!墨生墨旦大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要結(jié)構(gòu)振動控制可以有效地抑制結(jié)構(gòu)在外部激勵如地震、狂風(fēng)、海浪等作用下的振動，減少自然災(zāi)害帶來的損失，對其

2、研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。傳統(tǒng)振動控制系統(tǒng)多為有線控制，隨著建筑結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，有線控制需要的線纜數(shù)量巨大、成本高昂、布線復(fù)雜繁瑣，不僅延長了項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)周期，而且造成根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場情況更改節(jié)點(diǎn)部署乃至后期維護(hù)都非常困難。更為重要的是，數(shù)目龐大的線纜自身重量也會對被控對象本身性能帶來一定的影響。結(jié)構(gòu)振動無線控制以其低成本、靈活、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)成為了結(jié)構(gòu)振動控制領(lǐng)域新的研究熱點(diǎn)。但無線控制中的無線傳輸時滯造成控制效果下降，是無線控制中亟需解決的

3、問題。目前，大型結(jié)構(gòu)所常用的集中控制中，控制器需要實(shí)時處理大量的數(shù)據(jù)，不僅對控制器的性能提出了較高的要求，而且控制器故障會導(dǎo)致整個系統(tǒng)崩潰，而分布式控制可較好的解決這些問題。針對上述問題，本文以壓電懸臂梁和三層鋼結(jié)構(gòu)模型為研究對象，采用線性二次型高斯最優(yōu)控制算法，分別對懸臂梁無線控制和三層鋼結(jié)構(gòu)模型的分布式無線控制進(jìn)行了研究。首先，在對懸臂梁的LQG控制進(jìn)行了仿真分析并得到了可觀控制效果的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一套以WiFi無線節(jié)點(diǎn)為傳感單元、

4、dSPACE為控制核心的傳感信號和控制信號均無線傳輸?shù)耐耆珶o線控制試驗(yàn)系統(tǒng)，對其振動有線和無線控制進(jìn)行了比較試驗(yàn)，結(jié)果表明無線控制可將懸臂梁到達(dá)時間縮短7133％。其次，針對無線控制中的時滯問題，采用了一種基于有限差分法的補(bǔ)償方案，對給定不同時滯的懸臂梁無線控制進(jìn)行了分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果表明該方案可將無補(bǔ)償?shù)臒o線控制效果提高6008％。最后，搭建了一套無線分布式控制系統(tǒng)，對自主設(shè)計(jì)的三層彈簧鋼結(jié)構(gòu)模型的分布式控制進(jìn)行了仿真和試驗(yàn)研究，結(jié)

5、果表明無線分布式控制系統(tǒng)不僅規(guī)避了集中控制的風(fēng)險(xiǎn)，而且控制效果與集中控制相當(dāng)。本文提出的傳感信號和控制信號均無線傳輸?shù)耐耆顑?yōu)無線控制試驗(yàn)系統(tǒng)，可以滿足高采樣速率和實(shí)時控制，在懸臂梁和三層結(jié)構(gòu)模型的無線控制試驗(yàn)均取得較好的效果，可為無線控制相關(guān)研究提供實(shí)施的物理平臺。研究表明，所提出的無線控制系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)定性和控制效果，相關(guān)研究具有一定的理論意義和實(shí)用價(jià)值，為無線控制實(shí)際應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：振動無線控制；懸臂梁；最優(yōu)控制；時