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专利号: 202011630999X
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-22
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,包括:获取Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息;

根据所述Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息构建边界抗饱和控制器,所述边界抗饱和控制器能够输出执行器控制值;

根据所述边界抗饱和控制器的输出判断所述执行器控制值是否达到执行器饱和上限;

若达到,则根据所述Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息以及超过执行器饱和上限的部分设计辅助系统,所述辅助系统用于消除执行器的饱和非线性影响;

在确定所述Euler‑Bernoulli梁稳定时,获取所述边界抗饱和控制器的增益取值范围。

2.根据权利要求1所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,所述基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法包括在所述采集Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息的步骤前进行的:根据拉格朗日方程和Hamilton原理得到Euler‑Bernoulli梁的系统方程和边界条件。

3.根据权利要求2所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,

所述Euler‑Bernoulli梁的系统方程的表达式为:所述边界条件的表达式为:

其中,ω(x,t):[0,L]×[0,+∞)→R表示梁在空间坐标x和时间坐标t上的横向位移,ρ,T,EI,M和L分别表示梁的单位长度的单位质量、张力、弯曲刚度、尖端荷载的质量和梁系统的长度,ωx(x,t)和ωt(x,t)分别表示杆的横向位移ω(x,t)对空间x和对时间t的导数,u(t)表示边界控制器;sat(u(t))表示饱和控制器,表示为:其中,umax和umin分别表示执行器的上界和下界。

4.根据权利要求3所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,所述获取Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息,包括:获取所述Euler‑Bernoulli梁的系统方程中的边界速度ωt(L,t)、边界位移ωx(L,t)和边界弯曲的速度ωxt(L,t)。

5.根据权利要求4所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,所述辅助系统的表达式为:

其中,z(t)表示辅助系统的状态,kz,α,β,ε均表示大于0的常数,sgn(z(t))表示符号函数;Δu(t)表示饱和死区函数,表示为Δu(t)=sat(u(t))‑u(t)。

6.根据权利要求4所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,所述边界抗饱和控制器的表达式为:u(t)=‑kaωt(L,t)+kbωx(L,t)‑kcωxt(L,t)+kdz(t),其中,ka,kb,kc,kd均表示大于0的边界抗饱和控制器的增益。

7.根据权利要求4所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制方法,其特征在于,所述在确定所述Euler‑Bernoulli梁稳定时,获取所述边界抗饱和控制器的增益取值范围,包括:

选取Lyapunov函数,表达式为:V(t)=V1(t)+V2(t)+V3(t)+V4(t),其中,α,β均大于0,V1(t)表示由动能和势能组成的能量项,V2(t)表示交叉项,V3(t)表示与辅助系统状态相关的能量项,V4(t)表示辅助项;

验证所述Lyapunov函数的正定性,得到:

0<α3(V1(t)+V3(t)+V4(t))≤V(t)≤α4(V1(t)+V3(t)+V4(t)),其中,α3=min{(1‑υ),1},α4=max{(1+υ),1},结合所述边界状态信息和所述边界抗饱和控制器验证所述Lyapunov函数对时间t的一阶导数负定性,同时得到所述边界抗饱和控制器的增益取值范围。

8.一种基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制系统,其特征在于,包括:传感器,用于获取Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息;

边界抗饱和控制器,用于根据Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息输出执行器的控制值;

辅助系统,用于根据Euler‑Bernoulli梁的边界状态信息消除执行器的饱和非线性影响;

执行器,用于接收所述边界抗饱和控制器的控制值,并作用于Euler‑Bernoulli梁。

9.根据权利要求8所述的基于Euler‑Bernoulli梁的边界抗饱和振动抑制系统,其特征在于,所述传感器包括:激光位移传感器、测斜仪和压力应变片。