【摘要】： 近二十年來,在計(jì)算機(jī)、傳感器和驅(qū)動(dòng)器等技術(shù)的帶動(dòng)下,主動(dòng)控制技術(shù)得到了快速發(fā)展。然而,隨著人們對控制速度和性能要求的不斷提高,控制回路中不可避免的時(shí)滯成為制約主動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用的一個(gè)重要因素。另一方面,時(shí)滯并非總是不利因素,若主動(dòng)巧妙地利用時(shí)滯則可在某些情況下改善控制系統(tǒng)的性能。此外,非線性時(shí)滯系統(tǒng)具有豐富的動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象,在動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)控制器可獲得一些獨(dú)特的控制效果。所以,時(shí)滯系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)與控制研究具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。 本文以一類具有多個(gè)不穩(wěn)定平衡點(diǎn)的多自由度機(jī)械系統(tǒng)作為主要對象,研究時(shí)滯反饋鎮(zhèn)定方法和相關(guān)的非線性動(dòng)力學(xué)問題,進(jìn)而深化對時(shí)滯系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)與控制的認(rèn)識(shí)。論文的主要研究工作與學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)如下: 1.根據(jù)研究目的,設(shè)計(jì)并研制了一套可用于時(shí)滯動(dòng)力學(xué)與控制研究的小車～二級(jí)擺控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。通過理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)手段研究了數(shù)字濾波器對該系統(tǒng)穩(wěn)定性和分叉的影響。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),若濾波器設(shè)計(jì)指標(biāo)設(shè)置過高會(huì)因引入過長的群時(shí)延量而導(dǎo)致系統(tǒng)平衡點(diǎn)失穩(wěn),發(fā)生Hopf分叉。在理論和數(shù)值分析中,將濾波器簡化為純滯后環(huán)節(jié),得到連續(xù)的時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng),進(jìn)而可分析其穩(wěn)定性和平衡點(diǎn)失穩(wěn)后的Hopf分叉。理論、數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性肯定了將數(shù)字濾波器等效為純滯后環(huán)節(jié)的合理性。 2.對現(xiàn)有的幾種基于狀態(tài)變換的時(shí)滯線性二次型(LQ)控制方法做了簡要的介紹,并在小車～二級(jí)擺控制實(shí)驗(yàn)中嘗試使用時(shí)滯LQ控制方法避免濾波器群時(shí)延引起的閉環(huán)系統(tǒng)失穩(wěn)。實(shí)驗(yàn)的成功證實(shí)了控制方法的有效性,并說明了將濾波器簡化為時(shí)滯環(huán)節(jié)的合理性。 3.揭示了針對輸入時(shí)滯系統(tǒng)的一種連續(xù)狀態(tài)變換和一種離散狀態(tài)變換之間的比例關(guān)系。在研究兩者關(guān)系的過程中,提出了一種新的連續(xù)時(shí)滯LQ控制方法。在該方法設(shè)計(jì)的控制律中,反饋增益矩陣不隨著時(shí)滯量的變化而改變,為控制含時(shí)變時(shí)滯的系統(tǒng)提供了可能。隨后探討了新方法在慢變輸入時(shí)滯系統(tǒng)中的應(yīng)用。 4.提出了一套通過位移和滯后位移(PDP)反饋來鎮(zhèn)定多自由度線性無阻尼機(jī)械系統(tǒng)的方法。對于全驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),先通過模態(tài)解耦和單自由度系統(tǒng)的穩(wěn)定區(qū)域圖完成對應(yīng)每個(gè)模態(tài)自由度的控制器設(shè)計(jì),然后按照反解耦過程重構(gòu)物理空間的反饋控制器。對于欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),提出一種兩步控制策略:先設(shè)計(jì)位移反饋控制,將閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)配置到虛軸上;再基于非線性特征值靈敏度分析設(shè)計(jì)位移和滯后位移差分反饋控制,使閉環(huán)系統(tǒng)極點(diǎn)移動(dòng)到左半復(fù)平面。數(shù)值仿真演示了PDP反饋控制器的設(shè)計(jì)過程并驗(yàn)證了其有效性。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TH113
【圖文】：

帶以鋼絲繩或玻璃纖維繩為承載層，其強(qiáng)度高，受載后變形極小，能保持齒，因而能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。而且同步帶以氯丁橡膠或聚氨酯為基體，可消具有鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是重載荷運(yùn)行時(shí)容易丟轉(zhuǎn)。鑒慣性較小，綜合考慮后最終選用了同步帶傳動(dòng)。圖 2.7 同步帶傳動(dòng)系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)加工裝配完成后的實(shí)物如圖一九一一年一月二日二 2.8 所示包覆層基底 承載層帶輪

繩或玻璃纖維繩為承載層，其強(qiáng)度高，受載后變形極小，保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比。而且同步帶以氯丁橡膠或聚氨酯為基動(dòng)和帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)是重載荷運(yùn)行時(shí)容易，綜合考慮后最終選用了同步帶傳動(dòng)。包覆層2011年 第06期 工程科技Ⅱ輯

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本文編號(hào)：2740495