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研究生:王得安
研究生(外文):Der-An Wang
論文名稱:撓性結構之主動振動控制
論文名稱(外文):Active vibration control of flexible structures
指導教授:黃以玫黃以玫引用關係
指導教授(外文):Yii-Mei Huang
學位類別:博士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:機械工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2002
畢業學年度:90
語文別:英文
論文頁數:124
中文關鍵詞:結構振動振動控制外力估測器模態控制可變結構控制最佳化控制
外文關鍵詞:structure vibrationvibration controldisturbance force observermodal controlvariable structure controloptimal controlH-infinity control
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在撓性結構之研究與設計中,結構振動為一重要的研究主題。本論文將探討受外力激振之撓性結構的主動振動控制,控制目標為全域降低結構振動。在本文中將以獨立模態控制法為架構,利用離散式感測器與制動器進行控制。在模態控制法中,需要知道各個模態的模態座標及模態速度,以便進行控制法則的設計與控制系統的實現。在此將利用模態濾波的技術求得相關的模態座標及模態速度。由於有外擾的存在,若只採用狀態回授控制,則無法有效抑制結構振動。本文將引入模態空間外力抵消的概念,以降低外擾的影響。為了能實現模態空間外力相消,本研究將使用三種不同的模態外力估測器,並發展三種不同的控制方法來實現主動式振動控制。第一種方法採用模態空間前饋及回饋控制抑制結構振動。在此方法中,外力估測器是利用逆動態技術來設計。控制法則則是用擴增型最佳控制理論求得,此理論乃是將外擾當成一個增生的狀態變數進行求解。第二種方法是採用Hoo控制技術來設計控制系統。在此,利用模型誤差補償器當成模態外力估測器,估測未知、任意的外擾,以達成模態外力抵消的構想。但在外力相消之後,仍有些許的殘留外力存在,因此設計了Hoo控制器,以確保外力壓抑的效果。最後,一個新的數位式變結構控制方法將應用於撓性結構主動振動控制。變結構控制對外擾和系統參數誤差具有強健性。此數位式變結構控制器內含一個外力估測器,可以估測未知的外擾。如此便不需要外擾上界以設計變結構控制器,大大提高了變結構控制的實用性。本論文將著重於外力估測器性能的探討以及三種控制方法對結構振動改善的情形。

Mechanical vibration is an important topic in the study and design of flexible structures. This dissertation studies the active vibration control of a flexible structure subjected to arbitrary, unmeasurable disturbance forces. The control ojective is to reduce the structure vibration globally. The concept of independent modal space control is adopted. Here, discrete sensors and actuators are used. The modal filters are chosen as the state estimator to obtain the modal coordinates and modal velocities for the modal space control. Because of the existence of the disturbance forces, the vibration control
only with the state feedback control law can not suppress the vibration well. The method of disturbance forces cancellation is then added in the control loop. In order to implement the disturbance forces cancellation, the unknown disturbance modal forces must be observed. Three different kinds of control algorithms are developed, in the dissertation, for the active vibration control. All of them involve the suitable disturbance force observers to observe the disturbance modal forces. The observed disturbance modal forces then are included in the control loops to cancel out the undesired excitation. The first method employs the modal space feedforward and feedback control
loops to suppress the structure vibration. A disturbance force observer, based on the inverse dynamics technique, is established. The control gains are derived from the extended optimal control algorithm, where the disturbance modal forces are treated as exogenous state variables. Second, the author applies the H-infinity control to the structure vibration attenuation. The model error compensator is employed to observe the unknown disturbance modal forces for the direct ancellation.
After the implementation of the disturbance modal forces ancellation, there are still some residual disturbance modal forces which excite the structure. The disturbance attenuation problem is concerned in the design of the state feedback ontrol law. For ensuring the influence of the residual disturbance modal forces is reduced to an acceptable level, the robust static H-infinity state feedback controller is designed here.
In the last, the author studies the application of using the discrete-time variable structure control method to reduce the vibration of the flexible structure. A discrete-time variable structure controller with a disturbance force observer is adopted here due to its distinguished robustness property of insensitiveness to parameters uncertainties and external disturbances. The included disturbance force observer can observe the unknown disturbance modal forces, which are used in the discrete-time variable structure control law to cancel out the excitations. The upperbound limitations of the unknown disturbances in the variable structure control, therefore, are no longer needed. The performances of estimating the disturbance modal forces and the vibration reduction of the flexible tructure of the three control laws are discussed.

Chapter 1 Introduction
Chapter 2 Equation of motion
Chapter 3 Independent modal space control
Chapter 4 Control law design
Chapter 5 Numerical results and discussions
Chapter 6 Conclusions

C. R. Fuller, S. J. Elliott, and P. A. Nelson, Active control of vibration. London: Academic Press Limited, 1996

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