Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Phương pháp tách biệt để thiết kế tối ưu tích hợp các cấu trúc và hệ thống điều khiển robust
Tóm tắt
Nghiên cứu thiết kế tối ưu tích hợp của các cấu trúc và hệ thống điều khiển được thực hiện bằng cách sử dụng các công thức điều khiển mạnh H2 và $$ H_{\infty }$$. Kết quả cho thấy cách tiếp cận tối ưu đồng thời truyền thống bằng cách sử dụng các luật điều khiển mạnh này có thể được xấp xỉ bởi một phương pháp tối ưu hóa tách biệt, trong đó các cấu trúc được tối ưu hóa bằng cách định hình các giá trị riêng cấu trúc, và sau đó các bộ điều khiển có thể được thiết kế, cụ thể là phương pháp thiết kế tách biệt, tuần tự hoặc liên tiếp. Đã chỉ ra rằng phương pháp tối ưu hóa tách biệt được đề xuất có thể được sử dụng để thiết kế các cấu trúc robust tối ưu và có một số lợi thế so với quy trình tối ưu hóa đồng thời truyền thống, chẳng hạn như tránh những bất lợi của các luật điều khiển mạnh thuần túy và nhanh hơn, đặc biệt là khi số bậc tự do (DOF) của cấu trúc liên quan lớn. Các giới hạn cho các biện pháp độ mạnh khả thi cũng được thu được. Tiếp theo, phương pháp tối ưu hóa đồng thời và tách biệt được áp dụng cho việc điều khiển chủ động của hai cấu trúc. Kết quả tối ưu hóa được trình bày, và rút ra rằng phương pháp tối ưu hóa tách biệt được đề xuất đạt được cực tiểu toàn cầu nhanh hơn nhiều so với phương pháp tối ưu hóa đồng thời.
Từ khóa
#Thiết kế tối ưu #hệ thống điều khiển robust #tối ưu hóa đồng thời #tối ưu hóa tách biệt #lực magnitude #điều khiển chủ độngTài liệu tham khảo
Amerongen J (2003) Mechatronic design. Mechatronics 13:1045–1066
Ando H, Sakai T, Obinata G (2005) Integrated design of structural shape and controller for a high-speed positioning actuator by using a genetic algorithm. Proc. Eighth IASTED International Conference on Intelligent Systems and Control. Cambridge MA, USA, 114–119
Boresi AP, Sidebottom OM, Seely FB, Smith JO (1978) Advanced mechanics of materials. Wiley, New York
Bodden DS, Junkins JL (1985) Eigenvalue optimization algorithms for structure/controller design iterations. J Guid Control Dyn 8:697–706
Bozca M (2005) Integrated optimum design of structures and controllers. Ph.D. dissertation submitted to Istanbul Technical University, Istanbul, Turkey
Bozca M, Mugan A (2004) Concurrent optimization of controlled structures for robustness. Proc. Fifth International Carpathian Control Conference. Zakopane Poland, 35–44
Brussel H, Sas P, Nemeth I, Fonseca P, Braembusche P (2001) Towards a mechatronic compiler. IEEE/ASME Trans Mechatron 6:90–105
Butler SL, Dhingra AK (2003) Integrated structure and control design of actively controlled structures using substructure decomposition. Eng Optim 35:325–340
Camino JF, De Oliveira MC, Skelton RE (2003) Convexifying linear matrix inequality methods for integrating structure and control design. J Struct Eng 129:978–988
Chen C-Y, Cheng C-C (2004) Integrated structure and controller design of machine tools. Proc. IEEE Conference on Robotics, Automation and Mechatronics. Singapore, 869–874
Cunedioglu Y, Mugan A, Akcay H (2006) Frequency domain analysis of model order reduction techniques. Finite Elem Anal Des 42:367–403
Ersoy H, Mugan A (2002) Design sensitivity analysis of structures based upon the singular value decomposition. Comput Methods Appl Mech Eng 191:3459–3476
Freudenberg J, Looze DP (1988) Frequency domain properties of scalar and multivariable feedback systems. Springer, Berlin
Friedland B (1996) Advanced control system design. Prentice-Hall, New Jersey
Fu K, Mills, JK (2002) Theoretical evaluation of the integrated structure and control design approach by optimization theory. Proc. ASME Design Engineering Technical Conference. Montreal Que. Canada, 773–778
Fu K, Mills JK (2005) A convex approach solving simultaneous mechanical structure and control system design problems with multiple closed-loop performance specifications. J Dyn Syst Meas Control 127:57–68
Fu K, Sun D, Mills, JK (2002) Simultaneous mechanical structure and control system design: optimization and convex approaches. Proc. IEEE International Symposium on Intelligent Control. Vancouver, Canada, 746–751
Gilbert MG, Schmidt DK (1991) Integrated structure/control law design by multilevel optimization. J Guid Control Dyn 14:1001–1007
Golub GH, Loan CFV (1983) Matrix computations. Johns Hopkins University Press, Baltimore
Gu JM, Ma ZD, Hulbert GM (2000) A new load-dependent Ritz vector method for structural dynamics analyses: quasi-static Ritz Vectors. Finite Elem Anal Des 36:261–278
Gu JM, Ma ZD, Hulbert GM (2001) Quasi-static data recovery for dynamic analyses of structural systems. Finite Elem Anal Des 37:825–841
Haftka RT (1990) Integrated structure-control optimization of space structures. Proc. AIAA Dynamics Specialist Conference, Long Beach California, 1–9
Haftka RT (1992) Elements of structural optimization. Kluwer, London
Haftka RT, Watson LT (2005) Multidisciplinary design optimization with quasiseparable subsystems. Optim Eng 6:9–20
Haug EJ, Choi KK, Komkov V (1986) Design sensitivity analysis of structural system. Academic, London
Hiramoto K, Grigoriadis K (2005) Integrated design of structural and control systems with a homotopy like iterative method. Proc. American Control Conference. Portland OR, USA, 2510–2515
Horn RA, Johnson CR (1995) Topics in matrix analysis. Cambridge University Press, Cambridge
Hughes TJR (1987) The finite element method. Prentice Hall, New Jersey
Kajiwara I, Tsujioka K, Nagamatsu A (1994) Approach for simultaneous optimization of a structure and control system. AIAA J 32:866–873
Khot NS (1995) Optimum structural design and robust active control using singular value constraints. Comput Mech 16:208–215
Khot NS, Öz H (1997) Structural-control optimization with H 2 and H ∞ norm Bounds. Optim Control Appl Methods 18:297–311
Khot NS, Veley DE (1992) Robustness characteristic of optimum structural/ control design. J Guid Control Dyn 15:81–87
Kwan YW, Bang HC (2000) The finite element method using Matlab. CRC Press, Singapore
Limebeer DJN, Anderson BDO, Hendel B (1994) A nash game approach to mixed \({{H_2 } \mathord{\left/ {\vphantom {{H_2 } {H_\infty }}} \right. \kern-\nulldelimiterspace} {H_\infty }}\) control. IEEE Trans Automat Control 39:69–82
Lu J, Skelton RE (2000) Integrating structure and control design to achieve mixed H2/Hinfinity performance. Int J Control 73:1449–1462
Matlab Manuals (2006) Robust control toolbox for use with Matlab. Mathworks.
Mayzus A, Grigoriadis K (1998) Robust integrated structural and control design for vector second-order systems via LMIs. Proceedings of Smart Structures and Materials 3323:167–178
Mugan A (2002) Effects of mode localization on input–output directional properties of structure. J Sound Vib 258:45–63
Obinata G, Anderson BDO (2001) Model order reduction for control system design. Springer, Berlin
Ohse N, Yanagisawa T, Morita R (2000) An LMI approach to optimal simultaneous system design of structure and controller under Hinfinity constraint. Proc IEEE Conf Decis Control 5:4588–4593
Onoda J, Haftka RT (1987) Approach to structure/control simultaneous optimization for large flexible spacecraft. AIAA J 25:1133–1138
Ou JS, Kikuchi N (1996) Optimal design of controlled structure. Struct Optim 11:19–28
Padula SL, Sandridge CA, Walsh JL, Haftka RT (1992) Integrated controls—structures optimization of a large space structure. Comput Struct 42:725–732
Schittowski K (1985) NLQPL: A Fortran-subroutine solving constrained nonlinear programming problems. Oper Res 5:485–500
Schutte JF, Haftka RT, Watson LT (2004) Decomposition and two-level optimization of structures with discrete sizing variables. Proc. AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference. Palm Springs CA, USA, 349–353
Shyu WH, Ma ZD, Hulbert GM (1997) A new component mode synthesis method: quasi-static mode compensation. Finite Elem Anal Des 24:271–281
Shyu WH, Gu J, Hulbert GM, Ma ZD (2000) On the use of multiple quasi-static mode compensation sets for component mode synthesis of complex structures. Finite Elem Anal Des 35:119–140
Tsujioka K, Kajiwara I, Nagamatsu A (1996) Integrated optimum design of structure and \(H_{\infty } \) control system. AIAA J 34:159–165
Uyar O (2006) Effects of mode localization and curve veering on input–output directional properties of rotationally periodic structures. M.Sc. thesis submitted to Istanbul Technical University
Verma M, Jonckheere EA (1984) L-compensation with mixed sensitivity as a broadband matching problem. Syst Control Lett 4:125–129
Wu FX, Zhang WJ, Li Q, Ouyang PR (2002) Integrated design and PD control of high-speed closed-loop mechanisms. Trans ASME 124:522–528
Zames G, Francis BA (1983) Feedback, minimax sensitivity, and optimal robustness. IEEE Trans Autom Control AC-28:585–601
Zeiler TA, Gilbert MG (1990) Integrated control/structure optimization by multilevel decomposition. Proc. AIAA/ASME/ASCE/AHS Structures, Structural Dynamics & Materials Conference. Long Beach CA, USA, 247–257
Zhou K, Doyle JC, Glover K (1996) Robust and optimal control. Prentice Hall, New Jersey
Zhu Y, Qiu J, Tani J, Urushiyama Y, Hontani Y (1999) Simultaneous optimization of structure and control for vibration suppression. J Vib Acoust 121:237–243
