A Simultaneous Optimal Design of Structural and Control Systems for Cantilevered Pipes Conveying Fluid

悬臂管道输送流体结构与控制系统同步优化设计

• 批准号: 12650222
• 负责人: DOKI Hitoshi
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2000
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2000 至 2001
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12650222/
• 关键词: Simultaneous optimal design of structural and control systems; Cantilevered pipes conveying fluid; Active control; LQG control law; Energy for active control; Closed-loop critical flow velocity; Local random search; 構造系と制御系の同時最適設計; LQG制御則; 流体関連振動

We deal with a simultaneous optimal design of structural and control system of cantilevered pipes conveying fluid. We consider a combined pipe conveying fluid which is consisted of a beam (with variable shape) sandwiched by two pipes conveying fluid. The mathematical model of the combined pipe system is derived as a single pipe conveying fluid whose structural properties are variable. The width distribution of the beam and the location of the sensor and the actuator are structural design parameters. We employ the LQG control law with the input energy constraint as the active control method. The structural design parameters and the LQG controller are simultaneously adjusted so that the critical flow velocity of the controlled system (closed-loop critical flow velocity) is maximized with an iterative numerical optimization technique. The simulation result shows the necessity of the simultaneous optimal design approach in designing the active control system of the cantilevered pipe conveying fluid. The experimental study is also conducted. The experimental result fairly agrees with the simulation result and emphasizes the proposed design methodology.

我们对输送流体的悬臂管道的结构和控制系统进行同步优化设计。我们考虑一种输送流体的组合管道，它由夹在两根输送流体的管道之间的梁（形状可变）组成。组合管道系统的数学模型被推导为输送结构特性可变的单管流体。梁的宽度分布以及传感器和执行器的位置是结构设计参数。我们采用带有输入能量约束的LQG控制律作为主动控制方法。通过迭代数值优化技术同时调整结构设计参数和LQG控制器，使受控系统的临界流速（闭环临界流速）最大化。仿真结果表明了同时优化设计方法在悬臂管道输送流体主动控制系统设计中的必要性。还进行了实验研究。实验结果与仿真结果相当一致，并强调了所提出的设计方法。

项目成果

土岐 仁: "片持送水管の構造系と制御系の同時最適設計-複合送永管に対する実験的検証-"日本機会学会論文集(C編). 68・667(印刷中). (2002)

Hitoshi Toki：“悬臂水管结构系统和控制系统的同步优化设计 - 复合传输管的实验验证 -”日本机械工程学会会刊（编辑 C）（2002 年出版）。 ）

土岐 仁: "片持送水管の構造系と制御系の同時最適設計-複合送水管に対する実験的検証-"日本機会学会論文集(C編). 68・667(印刷中). (2002)

Hitoshi Toki：“悬臂水管结构系统和控制系统的同时优化设计 - 复合水管的实验验证 -”日本机械工程学会会刊（编辑 C）（2002 年出版）。 ）

Hitoshi Doki, Kazuhiko Hiramoto, Isamu Saito and Tomomichi Miyazaki: "A Simultaneous Optimal Design for Cantilevered Pipes Conveying Fluid -Experimental Verification for a Combined Pipe Conveying Fluid-"Transactions of Japan Society of Mechanical Engineer

Hitoshi Doki、Kazuhiko Hiramoto、Isamu Saito 和 Tomomichi Miyazaki：“悬臂式管道输送流体的同时优化设计 - 组合管道输送流体的实验验证 -”日本机械工程师学会汇刊

土岐仁: "片持送水管の構造系と制御系の同時最適設計法"日本機械学会論文集C編. (発表予定). (2001)

Hitoshi Toki：“悬臂式水管结构和控制系统的同步优化设计方法”，日本机械工程学会论文集，C版（待发表）。