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研究生:陳光宇
研究生(外文):KERO
論文名稱:橋樑掛載TMD承受未知持續干擾之強健控制研究
論文名稱(外文):Robust Vibration Control of Bridge Structures with Tuned Mass Damper Subject to Unknown Persistent Disturbance
指導教授:鄭良安
指導教授(外文):Liang-An Zheng
學位類別:碩士
校院名稱:國立高雄應用科技大學
系所名稱:機械與精密工程研究所
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:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:67
中文關鍵詞:調節質量阻尼器線性矩陣不等式(LMI)未知持續干擾時變參數擾動Waites估測器混合田口基因演算法
外文關鍵詞:Tuned Mass Damper (TMD)time-varying parameter perturbationsUnknown persistent disturbanceWaites EstimatorHybrid Taguchi-Genetic Algorithm (HTGA)
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本文主要是探討橋樑結構上安裝調諧質量阻尼器 (TMD;Tuned Mass Damper)[1]承受未知持續干擾之強健控制,並考慮橋樑具有時變參數擾動時之半主動式強健減振控制。在被動控制方面,首先針對橋樑結構掛載TMD建立數學模型,配合混合田口基因演算法(HTGA;Hybrid Taguchi-Genetic Algorithm)求出一组最佳被動式TMD參數,當作被動控制模式。針對控制模態的主動控制方面分為兩個步驟。步驟一:使用狀態迴授的設計方法,將控制器分為兩部分,一部分由LQ控制或HTGA分別求取狀態迴授控制量,取得控制系統的穩定度,另一部分應用最小範數解求出控制量,以減低未知持續干擾對系統的影響。步驟二:應用Waites估測器以觀測系統狀態與未知持續性干擾。對於橋樑結構具有時變參數擾動的情況,文中應用一線性矩陣不等式 (Linear Matrix Inequality)的穩定性條件,來確保橋樑上安裝TMD能達到良好的減振效果並保有強健穩定性。
This thesis studies the robust vibration control of a class of bridge structure with a Tuned Mass Damper (TMD) subject to Unknown Persistent Disturbance. The bridge structure with a TMD is first mathematically modeled. Then. Ative vibration control of the controlled mode, the control input is divided into two parts: one is obtained from the optimal LQ method or Hybrid Taguchi-Genetic Algorithm (HTGA) that is responsible for primary stabilization, the other is derived From the minimum norm solution to attenuate the effect of the persistent disturbance. The states of controlled dynamaics and unknown disturbance are estimated by a Waites Estimator in which the estimate gain matrix can be obtained by Pole Placement or HTGA. A sufficient condition in terms of linear matrix inequalities (LMIs) is employed to guarantee that the resulting control system obtained by either method in the presence of time-varying parameter perturbations is asymptotically stable. Finally, simulation examples are given to demonstrate the use of the design methods.
目錄

中文摘要......................................................................................................................Ⅰ
Abstract........................................................................................................................Ⅱ
誌謝..............................................................................................................................Ⅲ
目錄..............................................................................................................................Ⅳ
圖目錄..........................................................................................................................Ⅶ

第一章 緒論………………………………………………………………....…………1
1.1 研究動機…………………………………………………………....…….…1
1.2 文獻回顧…………………………………………………………....……….2
1.3 論文架構………………………………………………………....………….5

第二章 橋樑結構未掛載TMD與掛載TMD之動態系統數學模式…..…….....…….6
2.1 介紹………………………………………………………....……………….6
2.2 橋樑基本假設………………………………………....………………….....6
2.3 橋樑基本架構…………………………………....………………………….7
2.4 橋梁結構之數學模型…………………………………....……………….....8
2.4.1未掛載TMD…………..................………….....……………………...8
2.4.2掛載TMD…………..................…………….....………………….....10
2.5橋樑結構之運動方程式與狀態方程式……………....……………………13
2.5.1未掛載TMD之運動方程式與狀態方程式…......................……….13
2.5.2掛載TMD之運動方程式與狀態方程式………..................……….16
第三章  橋樑結構未掛載TMD與掛載被動式TMD承受持續未知干擾之震盪情
形…………………………………………………………………………....21
3.1前言…………………………………………………………………….........21
3.2橋樑結構未掛載TMD之震盪情形….…………..................…………........21
3.3橋樑結構掛載被動式TMD之震盪情形……………..................…….........23
3.4結果比較……………………………………………………………….........26

第四章 橋樑系統之干擾排除法則與最佳化設計.....................................................27
   4.1前言……………………………………………………………..…………...27
   4.2干擾排除法則……………………………………………..………………...28
   4.3 Waites估測器……………………………………………….……………....31
   4.4強健干擾排除控制……………………………………….…………………36
   4.5基因演算法……………………………………………..…………………...38
4.6田口法…………………………............………………..……………...........40
4.7混合田口基因演算法(HTGA)……....………………..…………….......…..40
  4.7.1基因演算法之實驗參數的設定…………………..…………………42
  4.7.2基因演算法之編碼與初始族群…………………..…………………43
4.7.3適應函數設定……………………………………..…………………44
4.7.4選擇…………………………………………..…………………........45
  4.7.5交配操作……………………………………..………………………46
  4.7.6混合田口基因演算法(HTGA)的運用................................................47
4.7.7突變操作…………………………………………………..…………47
     4.7.8終止條件…………………………………………………..…………48
第五章 未知持續性干擾針對橋樑結構掛載TMD之最佳化減震控制….……….50
5.1工程模擬……………………………………………………………..……...50
5.2利用LQ控制法之權重矩陣………………………………………….…….50
5.3利用HTGA收尋最佳控制器與估測器之增益值……………………..…...55
5.4結果比較………………………………………………………………..…...60

第六章 結論與未來發展.............................................................................................62
6.1結論…………………………………………………………………..….......62
6.2未來發展………………………………………………………………….....63

參考文獻…………………………………………………………………….....64
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