CN112182861B - 一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法，所述本方法以现代结构振动控制工程领域中含多时滞主动控制系统模型为研究对象，研究状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应。本发明提供的结构主动控制系统参数空间的精细分析方法，在以往研究结构振动主动控制中的时滞效应，通常是考察时滞对稳定域及其边界的影响，或对于给定的时滞，考察其对控制效果的影响，本发明基于精细结构图，阐述了不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示了哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，明确了哪些时滞组合有利于提高控制效果，给出了有利于提高控制效果的时滞。

Description

一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法

技术领域

本发明涉及结构振动主动控制技术领域，特别是涉及一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法。

背景技术

随着主动控制技术在结构振动控制中的应用，以及对控制设计要求的日益提高，结构振动主动控制系统参数空间的精细结构及混合时滞效应成为迫切需要深入研究的基础性理论课题，高层建筑结构容易受到强风、地震等激励而产生振动，为了提高建筑结构的安全性和舒适性，需要对结构施加控制以抑制其振动，然而，被动控制存在有效控制频带窄、适用性差、控制效率低等缺点，随着人们对控制性能要求的提高，被动控制已经不能满足现代工程实践的需要，主动控制采用适当的控制算法，利用外界能源对结构施加主动控制力以抑制其振动，具有控制效果好、适用性强等优点。

对结构振动施加主动控制，需要测得系统的状态信息，再根据给定的控制算法产生控制信号，最后通过作动器对结构施加控制力抑制其振动，在这个过程中，时滞不可避免，这里的时滞主要来源于两个方面：首先，对大型建筑结构进行主动控制，通常需要采用多个传感器测量系统的状态信息，对大量的测量信号进行处理和计算需要较长的时间，其次，要抑制地震激励下结构的振动，需要大型作动器提供高频控制力，受频宽限制，作动器响应和施加控制力会存在一定的延迟，此外，不同的状态信号需要采用不同的测量装置和处理方式，不同作动器的物理参数和作动性能也存在差异，因此，在结构振动主动控制系统中常常存在多个时滞现象，时滞对结构主动控制的影响具有两面性，一方面，时滞可能导致在系统不需要能量时作动器向系统输入能量，使得控制效率下降或受控系统失稳，而另一方面，在一定的条件下时滞也可以优化控制力，成为有利因素，因此，在结构振动主动控制的设计中必须考虑系统中的混合时滞效应，消除控制设计中的不利时滞，而主动引入有利于提高控制效果的时滞组。

针对上述问题，急需在原有结构主动控制系统参数空间的精细分析方法的基础上进行创新设计。

发明内容

本发明解决了当前对结构振动施加主动控制的过程中过程中，时滞不可避免，在结构振动主动控制系统中常常存在多个时滞现象，时滞对结构主动控制的影响具有两面性，时滞可能导致在系统不需要能量时作动器向系统输入能量，使得控制效率下降或受控系统失稳的问题。

为解决以上技术问题，本发明提供一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法，所述本方法以现代结构振动控制工程领域中含多时滞主动控制系统模型为研究对象，研究状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，所述本方法研究以下几个方面的内容：

1)研究内容之一：求得参数空间的精细结构图，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律，研究状态信息和控制参数的优化组合，具体流程如下：

A.提出有效的搜索方式和算法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，建立联合图理论，通过联合图实现分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，求得各项控制性能指标与各个控制参数之间的相关度，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律；

C.对于给定的控制目标和要求，确定最少的状态信息组合，使得仅采用这些状态信息进行控制设计，既能获得满意的控制效果，又能降低控制过程的复杂性和控制代价。

2)研究内容之二：阐述不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，具体流程如下：

A.阐述含时滞后参数空间精细结构图的新特征，揭示不同时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐明控制设计中的混合时滞效应；

B.考察哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征；

C.给出一些基本准则，对于给定的控制目标和要求，依照这些准则确定有利于提高控制效果的时滞组合。

3)研究内容之三：以带主动质量阻尼器的建筑结构模型为实验平台，验证理论方法的有效性，具体流程如下：

A.建立含多时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图。从精细结构图中，选择适当的状态信息组合和控制参数值进行实验，验证在实验中的控制效果；

B.对于给定的控制目标和要求，依据提出的基本准则，确定最佳时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。

优选的，所述对现代结构振动控制工程领域中典型的含多时滞主动控制系统模型，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，构建联合图把分布数据可视化，求得参数空间的精细结构图，基于精细结构图，阐述状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，明确有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，通过实验验证理论方法的有效性，验证利用混合时滞提高控制效果的可行性。

优选的，所述拟解决的关键科学问题：

1)拟解决的关键科学问题之一：本方法需要求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，若逐点计算参数空间中每个点对应到的各项控制性能指标值，计算机耗时将随着参数空间维数的增加呈几何级数增长，若采用常规的多目标优化算法进行搜索，求得的非劣解集通常只分布在有限区域，这样不能获得控制性能指标在整个参数空间中的分布数据；

2)拟解决的关键科学问题之二：要求得参数空间的精细结构图，需要把控制性能指标在参数空间中的分布数据可视化，然而三维以上空间中的集合不存在几何直观，高维数据的可视化问题至今仍然是一项具有挑战性的研究课题，不存在通用的可视化方法，当控制参数和控制性能指标构成向量的维数超过三维后，求得的控制性能指标在参数空间中的分布数据是高维数据集。

优选的，所述拟采取的研究方案：

1)解决关键科学问题之一的研究方案：通过对参数空间进行变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，具体的研究方案和技术路线如下：

A.依据各项控制性能指标在参数空间不同区域中的变化率大小，把整个参数空间划分成若干个大小不同的小区域；

B.在每个小区域中，用多步胞映射搜索算法求得所有的非劣解点。把这些非劣解点作为该区域中的代表点，把各项控制性能指标在这些代表点上的值作为它们在该区域中的分布值；

C.把所有小区域中的代表点对应到的各项控制性能指标值合并成整个数据集，该数据集就是各项控制性能指标在参数空间中的分布数据。

2)解决关键科学问题之二的研究方案：构建联合图，通过联合图把各项控制性能指标的分布数据可视化，具体的研究方案和技术路线如下：

A.选取三个与控制性能指标相关度较大的参数，用它们对应的三个坐标构成基础坐标系，把全体代表点投影到该基础坐标系中，得到代表点图，基础坐标系的选取应使得全体代表点投影在其中时尽可能避免重叠，若代表点过于密集，可适当精简每个小区域中的代表点数；

B.在每幅代表点图中，分别用代表点的几何尺度和颜值标识一个其它维度上的参数值或控制性能指标值，得到的图称为扩维代表点图，每幅扩维代表点图可以标识代表点对应到的其它两个维度上的参数值或控制性能指标值，这样由多个扩维代表点图就可以标识代表点对应到的所有维度上的参数值和控制性能指标值；

C.把标识某项控制性能指标的扩维代表点图和标识参数值的扩维代表点图组合构成联合图，该联合图以几何直观的形式给出了该项控制性能指标在参数空间中的分布，即实现了该项控制性能指标的分布数据的可视化，类似地，用相应的联合图实现其它项控制性能指标的分布数据的可视化；

3)对研究内容之一的研究方案：

A.基于Lagrange方程建立时滞主动控制多层建筑结构系统的数学模型，通过变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，通过联合图实现该分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，具体步骤为：首先，在标识控制性能指标分布的扩维代表点图中，找到性能指标由大到小连续变化的路径，把路径经过的区域中的代表点拟合成有向曲线，得到描绘控制性能指标在扩维代表点图中由大到小变化的有向图，其次，在标识控制参数分布的扩维代表点图中添加上同样的有向曲线，得到对应的描绘控制参数变化的有向图，最后，把描绘各项控制性能指标变化的有向图和对应的描绘控制参数变化的有向图组合构成有向联合图，这些有向联合图描绘了各项控制性能指标在参数空间中的分布特点以及随控制参数的变化过程，称为参数空间的精细结构图；

C.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随控制参数的变化过程，求得各自的变化幅度，变化幅度较大的控制参数与该项控制性能指标的相关度也较大，变化幅度较大的增益系数对应的状态信息与该项性能指标的相关度也较大，对比分析控制参数的变化幅度，揭示不同的状态信息和控制参数对各项控制性能指标的影响规律，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律；

D.对于给定的控制目标和要求，找到每个关联性能指标对应的所有相关度较大的状态信息，从中依据相关度的大小顺次选择所有满足限制条件的状态信息，这些状态信息组合就是最佳组合，用这些状态信息进行控制设计，可以有效地控制关联性能指标值，实现控制目标，对每个关联性能指标，仅选择一个相关度较大的状态信息，所得到的状态信息组合是实现控制目标所需要的最少状态信息组合，仅用这些状态信息进行控制设计，既可以实现控制目标，又能降低控制设计的复杂性和控制代价；

4)对研究内容之二的研究方案：

A.把含时滞和不含时滞的精细结构图进行比较分析，揭示含时滞后精细结构图的新特征，在精细结构图中，分别把描绘各项控制性能指标变化的有向图与对应的描绘时滞变化的有向图对照分析，揭示不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐述混合时滞效应；

B.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随时滞的变化过程，求得各自的变化量，变化量为正的时滞有利于优化该项控制性能指标，变化量为负的时滞不利于优化该项控制性能指标，当某项控制性能指标从大到小变化时，若对应的所有时滞的变化量均非正，则该项控制性能指标不能通过时滞组合进行优化，否则可以通过适当的时滞组合进行优化；

C.对于给定的控制目标，找到对于全部关联性能指标，变化量总为正的时滞，这些时滞组合就是可以有效地提高控制效果的最佳时滞组合，总结有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，提出一些基本准则，对于给定的控制性能指标和要求，依照这些基本准则确定有利于提高控制效果的时滞组合；

5)对研究内容之三的研究方案:

A.购买相关实验设备，与PC电脑连接搭建实验平台，基于Lagrange方程建立含时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图；

B.依据精细结构图，采用不同的状态信息组合和控制参数值修改Simulink模块中的控制模块运行实验，验证理论方法求得的状态信息组合和控制参数值在实验中的控制效果，在控制器中引入适当的时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。

有益效果在于：本发明提供的结构主动控制系统参数空间的精细分析方法，在以往在结构振动主动控制的研究中，人们通常是根据给定的控制目标和要求，采用已知的状态信息进行控制设计，求得一组适当的参数值，使得设计的控制器达到预期的控制目标，本发明通过构建联合图把各项控制性能指标在参数空间中的分布数据可视化，再对分布数据进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，基于精细结构图，研究了状态信息和控制参数的优化组合，揭示了不同的状态信息组合和控制参数对各项控制性能指标的影响规律，这些结果为控制设计提供了完整的参考信息，比如，对于给定的控制目标和要求，可以确定最少的状态信息组合，仅用这些状态信息进行控制设计，就能得到满意的控制效果，同时又能降低控制过程的复杂性和控制代价。

本发明提供的结构主动控制系统参数空间的精细分析方法，在以往研究结构振动主动控制中的时滞效应，通常是考察时滞对稳定域及其边界的影响，或对于给定的时滞，考察其对控制效果的影响，本发明基于精细结构图，阐述了不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示了哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，明确了哪些时滞组合有利于提高控制效果，给出了有利于提高控制效果的时滞。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

本方法以现代结构振动控制工程领域中含多时滞主动控制系统模型为研究对象，研究状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，本方法研究以下几个方面的内容：

1)研究内容之一：求得参数空间的精细结构图，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律，研究状态信息和控制参数的优化组合，具体流程如下：

A.提出有效的搜索方式和算法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，建立联合图理论，通过联合图实现分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，求得各项控制性能指标与各个控制参数之间的相关度，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律；

C.对于给定的控制目标和要求，确定最少的状态信息组合，使得仅采用这些状态信息进行控制设计，既能获得满意的控制效果，又能降低控制过程的复杂性和控制代价。

2)研究内容之二：阐述不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，具体流程如下：

A.阐述含时滞后参数空间精细结构图的新特征，揭示不同时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐明控制设计中的混合时滞效应；

B.考察哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征；

C.给出一些基本准则，对于给定的控制目标和要求，依照这些准则确定有利于提高控制效果的时滞组合。

3)研究内容之三：以带主动质量阻尼器的建筑结构模型为实验平台，验证理论方法的有效性，具体流程如下：

A.建立含多时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图。从精细结构图中，选择适当的状态信息组合和控制参数值进行实验，验证在实验中的控制效果；

B.对于给定的控制目标和要求，依据提出的基本准则，确定最佳时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。

对现代结构振动控制工程领域中典型的含多时滞主动控制系统模型，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，构建联合图把分布数据可视化，求得参数空间的精细结构图，基于精细结构图，阐述状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，明确有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，通过实验验证理论方法的有效性，验证利用混合时滞提高控制效果的可行性。

拟解决的关键科学问题：

1)拟解决的关键科学问题之一：本方法需要求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，若逐点计算参数空间中每个点对应到的各项控制性能指标值，计算机耗时将随着参数空间维数的增加呈几何级数增长，若采用常规的多目标优化算法进行搜索，求得的非劣解集通常只分布在有限区域，这样不能获得控制性能指标在整个参数空间中的分布数据；

2)拟解决的关键科学问题之二：要求得参数空间的精细结构图，需要把控制性能指标在参数空间中的分布数据可视化，然而三维以上空间中的集合不存在几何直观，高维数据的可视化问题至今仍然是一项具有挑战性的研究课题，不存在通用的可视化方法，当控制参数和控制性能指标构成向量的维数超过三维后，求得的控制性能指标在参数空间中的分布数据是高维数据集。

拟采取的研究方案：

1)解决关键科学问题之一的研究方案：通过对参数空间进行变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，具体的研究方案和技术路线如下：

A.依据各项控制性能指标在参数空间不同区域中的变化率大小，把整个参数空间划分成若干个大小不同的小区域；

B.在每个小区域中，用多步胞映射搜索算法求得所有的非劣解点。把这些非劣解点作为该区域中的代表点，把各项控制性能指标在这些代表点上的值作为它们在该区域中的分布值；

C.把所有小区域中的代表点对应到的各项控制性能指标值合并成整个数据集，该数据集就是各项控制性能指标在参数空间中的分布数据。

2)解决关键科学问题之二的研究方案：构建联合图，通过联合图把各项控制性能指标的分布数据可视化，具体的研究方案和技术路线如下：

A.选取三个与控制性能指标相关度较大的参数，用它们对应的三个坐标构成基础坐标系，把全体代表点投影到该基础坐标系中，得到代表点图，基础坐标系的选取应使得全体代表点投影在其中时尽可能避免重叠，若代表点过于密集，可适当精简每个小区域中的代表点数；

B.在每幅代表点图中，分别用代表点的几何尺度和颜值标识一个其它维度上的参数值或控制性能指标值，得到的图称为扩维代表点图，每幅扩维代表点图可以标识代表点对应到的其它两个维度上的参数值或控制性能指标值，这样由多个扩维代表点图就可以标识代表点对应到的所有维度上的参数值和控制性能指标值；

C.把标识某项控制性能指标的扩维代表点图和标识参数值的扩维代表点图组合构成联合图，该联合图以几何直观的形式给出了该项控制性能指标在参数空间中的分布，即实现了该项控制性能指标的分布数据的可视化，类似地，用相应的联合图实现其它项控制性能指标的分布数据的可视化；

3)对研究内容之一的研究方案：

A.基于Lagrange方程建立时滞主动控制多层建筑结构系统的数学模型，通过变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，通过联合图实现该分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，具体步骤为：首先，在标识控制性能指标分布的扩维代表点图中，找到性能指标由大到小连续变化的路径，把路径经过的区域中的代表点拟合成有向曲线，得到描绘控制性能指标在扩维代表点图中由大到小变化的有向图，其次，在标识控制参数分布的扩维代表点图中添加上同样的有向曲线，得到对应的描绘控制参数变化的有向图，最后，把描绘各项控制性能指标变化的有向图和对应的描绘控制参数变化的有向图组合构成有向联合图，这些有向联合图描绘了各项控制性能指标在参数空间中的分布特点以及随控制参数的变化过程，称为参数空间的精细结构图；

C.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随控制参数的变化过程，求得各自的变化幅度，变化幅度较大的控制参数与该项控制性能指标的相关度也较大，变化幅度较大的增益系数对应的状态信息与该项性能指标的相关度也较大，对比分析控制参数的变化幅度，揭示不同的状态信息和控制参数对各项控制性能指标的影响规律，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律；

D.对于给定的控制目标和要求，找到每个关联性能指标对应的所有相关度较大的状态信息，从中依据相关度的大小顺次选择所有满足限制条件的状态信息，这些状态信息组合就是最佳组合，用这些状态信息进行控制设计，可以有效地控制关联性能指标值，实现控制目标，对每个关联性能指标，仅选择一个相关度较大的状态信息，所得到的状态信息组合是实现控制目标所需要的最少状态信息组合，仅用这些状态信息进行控制设计，既可以实现控制目标，又能降低控制设计的复杂性和控制代价；

4)对研究内容之二的研究方案：

A.把含时滞和不含时滞的精细结构图进行比较分析，揭示含时滞后精细结构图的新特征，在精细结构图中，分别把描绘各项控制性能指标变化的有向图与对应的描绘时滞变化的有向图对照分析，揭示不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐述混合时滞效应；

B.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随时滞的变化过程，求得各自的变化量，变化量为正的时滞有利于优化该项控制性能指标，变化量为负的时滞不利于优化该项控制性能指标，当某项控制性能指标从大到小变化时，若对应的所有时滞的变化量均非正，则该项控制性能指标不能通过时滞组合进行优化，否则可以通过适当的时滞组合进行优化；

C.对于给定的控制目标，找到对于全部关联性能指标，变化量总为正的时滞，这些时滞组合就是可以有效地提高控制效果的最佳时滞组合，总结有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，提出一些基本准则，对于给定的控制性能指标和要求，依照这些基本准则确定有利于提高控制效果的时滞组合；

5)对研究内容之三的研究方案:

A.购买相关实验设备，与PC电脑连接搭建实验平台，基于Lagrange方程建立含时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图；

B.依据精细结构图，采用不同的状态信息组合和控制参数值修改Simulink模块中的控制模块运行实验，验证理论方法求得的状态信息组合和控制参数值在实验中的控制效果，在控制器中引入适当的时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。

本发明结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法具有以下优点：

1、本发明提供的结构主动控制系统参数空间的精细分析方法，在以往在结构振动主动控制的研究中，人们通常是根据给定的控制目标和要求，采用已知的状态信息进行控制设计，求得一组适当的参数值，使得设计的控制器达到预期的控制目标，本发明通过构建联合图把各项控制性能指标在参数空间中的分布数据可视化，再对分布数据进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，基于精细结构图，研究了状态信息和控制参数的优化组合，揭示了不同的状态信息组合和控制参数对各项控制性能指标的影响规律，这些结果为控制设计提供了完整的参考信息，比如，对于给定的控制目标和要求，可以确定最少的状态信息组合，仅用这些状态信息进行控制设计，就能得到满意的控制效果，同时又能降低控制过程的复杂性和控制代价。

2、本发明提供的结构主动控制系统参数空间的精细分析方法，在以往研究结构振动主动控制中的时滞效应，通常是考察时滞对稳定域及其边界的影响，或对于给定的时滞，考察其对控制效果的影响，本发明基于精细结构图，阐述了不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示了哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，明确了哪些时滞组合有利于提高控制效果，给出了有利于提高控制效果的时滞。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其效物界定。

Claims (3)

1.一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法，所述方法以现代结构振动控制工程领域中含多时滞主动控制系统模型为研究对象，研究状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，其特征在于：所述方法研究以下几个方面的内容：

1)研究内容之一：求得参数空间的精细结构图，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律，研究状态信息和控制参数的优化组合，具体流程如下：

A.提出有效的搜索方式和算法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，建立联合图理论，通过联合图实现分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，求得各项控制性能指标与各个控制参数之间的相关度，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律以及随控制参数的变化规律；

C.对于给定的控制目标和要求，确定最少的状态信息组合，使得仅采用这些状态信息进行控制设计，既能获得满意的控制效果，又能降低控制过程的复杂性和控制代价；

2)研究内容之二：阐述不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，具体流程如下：

A.阐述含时滞后参数空间精细结构图的新特征，揭示不同时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐明控制设计中的混合时滞效应；

B.考察哪些控制性能指标可以通过时滞组合进行优化，揭示有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征；

C.给出一些基本准则，对于给定的控制目标和要求，依照这些准则确定有利于提高控制效果的时滞组合；

3)研究内容之三：以带主动质量阻尼器的建筑结构模型为实验平台，验证理论方法的有效性，具体流程如下：

A.建立含多时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图；从精细结构图中，选择适当的状态信息组合和控制参数值进行实验，验证在实验中的控制效果；

B.对于给定的控制目标和要求，依据提出的基本准则，确定最佳时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性；

所述拟采取的研究方案：

1)解决关键科学问题之一的研究方案：通过对参数空间进行变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，具体的研究方案和技术路线如下：

A.依据各项控制性能指标在参数空间不同区域中的变化率大小，把整个参数空间划分成若干个大小不同的小区域；

B.在每个小区域中，用多步胞映射搜索算法求得所有的非劣解点；把这些非劣解点作为该区域中的代表点，把各项控制性能指标在这些代表点上的值作为它们在该区域中的分布值；

C.把所有小区域中的代表点对应到的各项控制性能指标值合并成整个数据集，该数据集就是各项控制性能指标在参数空间中的分布数据；

2)解决关键科学问题之二的研究方案：构建联合图，通过联合图把各项控制性能指标的分布数据可视化，具体的研究方案和技术路线如下：

A.选取三个与控制性能指标相关度较大的参数，用它们对应的三个坐标构成基础坐标系，把全体代表点投影到该基础坐标系中，得到代表点图，基础坐标系的选取应使得全体代表点投影在其中时尽可能避免重叠，若代表点过于密集，可适当精简每个小区域中的代表点数；

B.在每幅代表点图中，分别用代表点的几何尺度和颜值标识一个其它维度上的参数值或控制性能指标值，得到的图称为扩维代表点图，每幅扩维代表点图可以标识代表点对应到的其它两个维度上的参数值或控制性能指标值，这样由多个扩维代表点图就可以标识代表点对应到的所有维度上的参数值和控制性能指标值；

C.把标识某项控制性能指标的扩维代表点图和标识参数值的扩维代表点图组合构成联合图，该联合图以几何直观的形式给出了该项控制性能指标在参数空间中的分布，即实现了该项控制性能指标的分布数据的可视化，类似地，用相应的联合图实现其它项控制性能指标的分布数据的可视化；

3)对研究内容之一的研究方案：

A.基于Lagrange方程建立时滞主动控制多层建筑结构系统的数学模型，通过变体积区域划分和采用胞映射搜索代表点法，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，通过联合图实现该分布数据的可视化；

B.对联合图进行精细分析，求得参数空间的精细结构图，具体步骤为：首先，在标识控制性能指标分布的扩维代表点图中，找到性能指标由大到小连续变化的路径，把路径经过的区域中的代表点拟合成有向曲线，得到描绘控制性能指标在扩维代表点图中由大到小变化的有向图，其次，在标识控制参数分布的扩维代表点图中添加上同样的有向曲线，得到对应的描绘控制参数变化的有向图，最后，把描绘各项控制性能指标变化的有向图和对应的描绘控制参数变化的有向图组合构成有向联合图，这些有向联合图描绘了各项控制性能指标在参数空间中的分布特点以及随控制参数的变化过程，称为参数空间的精细结构图；

C.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随控制参数的变化过程，求得各自的变化幅度，变化幅度较大的控制参数与该项控制性能指标的相关度也较大，变化幅度较大的增益系数对应的状态信息与该项性能指标的相关度也较大，对比分析控制参数的变化幅度，揭示不同的状态信息和控制参数对各项控制性能指标的影响规律，阐述各项控制性能指标在参数空间中的分布规律；

D.对于给定的控制目标和要求，找到每个关联性能指标对应的所有相关度较大的状态信息，从中依据相关度的大小顺次选择所有满足限制条件的状态信息，这些状态信息组合就是最佳组合，用这些状态信息进行控制设计，可以有效地控制关联性能指标值，实现控制目标，对每个关联性能指标，仅选择一个相关度较大的状态信息，所得到的状态信息组合是实现控制目标所需要的最少状态信息组合，仅用这些状态信息进行控制设计，既可以实现控制目标，又能降低控制设计的复杂性和控制代价；

4)对研究内容之二的研究方案：

A.把含时滞和不含时滞的精细结构图进行比较分析，揭示含时滞后精细结构图的新特征，在精细结构图中，分别把描绘各项控制性能指标变化的有向图与对应的描绘时滞变化的有向图对照分析，揭示不同的时滞组合对各项控制性能指标的影响规律，阐述混合时滞效应；

B.在精细结构图中，分别考察各项控制性能指标随时滞的变化过程，求得各自的变化量，变化量为正的时滞有利于优化该项控制性能指标，变化量为负的时滞不利于优化该项控制性能指标，当某项控制性能指标从大到小变化时，若对应的所有时滞的变化量均非正，则该项控制性能指标不能通过时滞组合进行优化，否则可以通过适当的时滞组合进行优化；

C.对于给定的控制目标，找到对于全部关联性能指标，变化量总为正的时滞，这些时滞组合就是可以有效地提高控制效果的最佳时滞组合，总结有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，提出一些基本准则，对于给定的控制性能指标和要求，依照这些基本准则确定有利于提高控制效果的时滞组合；

5)对研究内容之三的研究方案:

A.购买相关实验设备，与PC电脑连接搭建实验平台，基于Lagrange方程建立含时滞反馈控制系统的数学模型，求得参数空间的精细结构图；

B.依据精细结构图，采用不同的状态信息组合和控制参数值修改Simulink模块中的控制模块运行实验，验证理论方法求得的状态信息组合和控制参数值在实验中的控制效果，在控制器中引入适当的时滞组合进行实验，考察在实验中利用混合时滞提高控制效果的可行性。

2.根据权利要求1所述的一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法，其特征在于：所述对现代结构振动控制工程领域中典型的含多时滞主动控制系统模型，求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，构建联合图把分布数据可视化，求得参数空间的精细结构图，基于精细结构图，阐述状态信息和控制参数的优化组合，阐述混合时滞效应，明确有利于提高控制效果的时滞组合的形式和特征，通过实验验证理论方法的有效性，验证利用混合时滞提高控制效果的可行性。

3.根据权利要求1所述的一种结构振动主动控制系统参数空间的精细分析方法，其特征在于：所述拟解决的关键科学问题：

1)拟解决的关键科学问题之一：本方法需要求得各项控制性能指标在参数空间中的分布数据，若逐点计算参数空间中每个点对应到的各项控制性能指标值，计算机耗时将随着参数空间维数的增加呈几何级数增长，若采用常规的多目标优化算法进行搜索，求得的非劣解集通常只分布在有限区域，这样不能获得控制性能指标在整个参数空间中的分布数据；

2)拟解决的关键科学问题之二：要求得参数空间的精细结构图，需要把控制性能指标在参数空间中的分布数据可视化，然而三维以上空间中的集合不存在几何直观，高维数据的可视化问题至今仍然是一项具有挑战性的研究课题，不存在通用的可视化方法，当控制参数和控制性能指标构成向量的维数超过三维后，求得的控制性能指标在参数空间中的分布数据是高维数据集。