智慧型結構的非線性隨機動力學與最優控制

《智慧型結構的非線性隨機動力學與最優控制》是依託浙江大學，由朱位秋擔任項目負責人的重點項目。

基本介紹

• 中文名：智慧型結構的非線性隨機動力學與最優控制
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：朱位秋
• 項目類別：重點項目

項目摘要

智慧型結構是工程結構的發展方向，它常受嚴重隨機載荷作用，因此，研究智慧型結構的非線性隨機動力學與最優控制具有重要的科學意義與廣闊套用前景。本項目以典型智慧型結構為研究對象，考慮載荷的隨機性、智慧型結構的本質非線性及機、電、磁耦合特性等，建立智慧型結構的非線性隨機動力學模型；套用隨機平均法等研究智慧型結構在多種隨機載荷作用下的回響、穩定性及可靠性；計及隨機載荷的多樣性、智慧型感測器的測量誤差、控制力的有界與時滯、及智慧型結構的不確定性，運用隨機平均法與隨機動態規劃原理或隨機極大值原理研究智慧型結構的非線性隨機最優控制；研究智慧型結構的最佳化設計，包括智慧型材料的選取、智慧型感測器與智慧型控制執行機構的數量與空間配置等，以進一步提高智慧型結構的性態、控制效果與效率；對典型智慧型結構用虛擬與實物模型試驗驗證本項目所提出的非線性隨機動力學與最優控制理論方法及最佳化設計方法的有效性，並將該理論方法套用於典型工程結構的振動控制。

結題摘要

本項目創新性地將主結構、智慧型感測器、智慧型作動器看作一個整體，建立了智慧型結構的非線性隨機動力學模型，模型方程包括：主結構運動方程、作動器運動方程和感測器的觀測方程三部分，各部分之間互相耦合。利用勒讓德變換將上述方程表述為多場耦合的、部分觀測的、受控的、隨機激勵的、耗散的非線性哈密頓系統。針對多種結構系統、多種隨機激勵、多種智慧型材料、各種實際影響因素，初步建立了智慧型結構的非線性隨機動力學與最優控制的理論方法框架並實現了理論方法的初步套用。具體成果包括：發展了一套研究針對多種載荷類型、多種系統類型、多種智慧型材料的智慧型結構的非線性隨機動力學研究理論方法；發展了一套分別以回響最小、穩定度最大或給定機率密度函式為目標的智慧型結構的非線性隨機最優控制理論方法，為將上述控制理論方法付之套用，又提出與發展了考慮感測誤差、狀態部分觀測、執行器時滯與有界、系統參數不確定以及綜合上述各種情形的非線性隨機最優控制理論方法，發展了一套隨機環境中工作的智慧型結構的作動和感測配置和數量的最佳化方法；提出了分別利用磁流變阻尼器和機電作動系統的坦克懸架系統的非線性隨機最優主動和半主動控制方法，並探討了控制力時滯、有界和參數不確定等對坦克車體振動抑制效果的影響規律，搭建坦克懸架振動控制實驗平台並進行了振動控制實驗研究，驗證了理論方法的有效性。理論和實驗結果表明提出的控制算法在保證車體振動加速度<1g的條件下可將坦克越野速度提升到55km/h以上，研究成果獲得北方車輛研究所的好評，有望在新一代主戰坦克研製中起關鍵作用。基於上述研究，撰寫專著2部（中、英文各1部），發表論文91篇，授權發明專利10項；作為會議主席或共同主席舉辦國際性或全國性會議3次。