工程结构非线性随机振动的控制

本项目主要研究大型复杂工程结构非线性随机振动的非线性随机最优控制。首先，基于拟哈密顿系统随机平均法与随机动态规划原理，分别以响应最小、稳定度最大或可靠度最大为目标，发展一套同时计及实际应用中不可避免的状态部分观测、控制力时滞与有界、受控系统模型与参数不确定等因素的非线性随机最优控制理论方法；其次，基于拟哈密顿系统随机平均法与随机极大值原理，发展一套类似的非线性随机最优控制理论方法；然后，研究最优控制系统的动力学，包括响应、稳定性、分岔、混沌、可靠性等，通过与未控系统动力学的比较，建立控制性能指标与受控系统动力学变化之间的关系，以便更有目的更有效地控制非线性随机动力学系统；最后，将上述理论方法应用于典型工程结构如高速列车受电弓等的随机振动控制。研究以响应概率密度为目标的控制与随机混沌的控制以及以智能材料与结构为执行器的非线性随机最优主动与半主动控制。

经过四年的研究，课题组完成了既定研究任务和研究目标。重要进展概括如下：(1)建立了一套基于随机平均法与动态规划，同时计及系统状态部分可观测、控制力时滞与有界、系统模型与参数不确定的非线性随机最优控制理论方法；(2)提出与发展基于拟哈密顿系统的随机平均法与随机极大值原理的非线性随机最优控制理论方法；(3)研究了最优控制系统的非线性随机动力学，包括随机响应、稳定性、可靠性等；(4)搭建了非线性随机最优控制试验平台，完成三层土木结构模型的随机最优控制实验，用实验初步验证了理论方法的有效性和精确性。(5)提出与发展以响应概率密度为目标的非线性随机最优控制理论方法；(6)提出与发展以智能材料为执行机构的非线性随机最优半主动控制理论方法；（7）提出与发展了具有分数阶导数阻尼的拟哈密顿系统的随机最优分数阶控制理论方法。.除了圆满完成既定目标之外，还研究了一些原计划未列入的内容，包括提出与发展了泊松与高斯白噪声共同激励下拟哈密顿系统的随机平均法，完善了基于哈密顿框架的随机动力学理论；提出研究动力学系统的复胞映射方法；发展有色噪声激励下非线性系统瞬态概率密度的方法；研究了周期矩形信号和不相关噪声激励下偏置单稳系统的随机共振；将随机动力学与控制理论应用到化学、生物和工程等领域，得到了较好的效果，等等。.在国家自然科学基金的资助下，课题组成功举办国际理论与应用力学联合会关于非线性随机动力学与控制的研讨会与第三届国际动力学、振动与控制会议两个国际会议。发表学术论文96篇，其中SCI、EI收录论文80余篇，专著章节两章。培养毕业硕士生10名，毕业博士生20名。