含控制时滞的海洋平台振动系统的主动控制方法研究

摘要

近几十年,海洋平台的主动减振控制引起研究人员的广泛关注,在对海洋平台进行主动控制的过程中,时滞现象可能出现在由执行器建立主动控制力的控制信道上.因此,本文研究含控制时滞的海洋平台振动系统的镇定问题和H∞输出反馈控制问题,并进一步讨论了不确定海洋平台系统的鲁棒H∞输出反馈控制问题.
　　第一,研究了非线性自激波浪力作用下含定常控制时滞的海洋平台系统的镇定控制方法.为了减小系统的振动幅值,提出了两种状态反馈镇定控制方案.一个方案是对于不考虑控制时滞的海洋平台系统所设计的状态反馈控制器,与非线性控制器相比,在状态反馈控制器的作用下,控制力和系统的振动幅值都大大减少;与动态输出反馈控制器和积分滑模控制器相比较,所需要的控制力则明显降低.另一个方案是基于积分不等式设计的,可利用锥补算法求解的时滞相关的状态反馈控制器.与状态反馈控制器相比,时滞相关的状态反馈控制器对控制时滞具有较小的保守性.另外仿真表明它能够显著改善海洋平台的控制性能.
　　第二,研究了非线性自激波浪力和外部扰动力作用下含时变控制时滞的海洋平台系统的H∞输出反馈控制方法.首先基于积分不等式给出了时滞相关H∞输出反馈控制律存在的充分条件,然后利用锥补算法求解控制器增益矩阵.其次,当不考虑控制时滞时设计了一个H∞输出反馈控制器.最后,讨论了考虑参数摄动下的海洋平台系统的鲁棒H∞输出反馈控制律的设计方法.仿真结果表明,与H∞输出反馈控制器相比较,时滞相关H∞输出反馈控制器能显著改善海洋平台的控制性能.

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表清单

1 绪论

1.1 海洋平台减振控制的研究背景、意义及现状

1.2 时滞系统稳定性概论

1.3 鲁棒H∞控制方法

1.4 本文的主要工作

2 预备知识

2.1 符号定义

2.2 线性矩阵不等式(LMI)基本理论

2.3 Lyapunov稳定性概念及基本定理

2.4 时滞系统概念及Lyapunov-Krasovskii稳定性定理

2.5 主要引理

3 含控制时滞的海洋平台振动系统的镇定控制

3.1 含控制时滞的海洋平台振动系统数学模型

3.2 状态反馈控制器的设计

3.3 时滞依赖状态反馈控制器的设计

3.4 仿真结果

3.5 结论

4 含控制时滞的海洋平台振动系统的鲁棒H∞输出反馈

4.1 含控制时滞的海洋平台振动系统的H∞输出反馈控制

4.2 含控制时滞的海洋平台振动系统的鲁棒H∞输出反馈控制

5 结论与展望

5.1 研究总结

5.2 进一步需要开展的工作

参考文献

作者简历