水动力涡轮的控制协同设计：开环最优控制与反馈控制的比较研究

控制协同设计（CCD）同时探索物理与控制设计空间以优化系统性能。一种常用的 CCD 框架旨在实现开环最优控制（OLOC）轨迹，同时在控制与设计参数约束下优化物理设计变量。在本研究中，与基于 OLOC 方案的传统 CCD 方法相反，我们提出了一种明确考虑反馈控制器的 CCD 公式。在该公式中，我们考虑了基于比例线性和二次状态反馈的两种控制律，其中控制增益被优化。仿真结果表明，OLOC 轨迹可由反馈控制器近似。虽然带反馈控制器的 CCD 所产生的总能量略低于带 OLOC 的 CCD，但其在存在不确定性和扰动时产生了更简单的控制结构和更鲁棒的性能，使其适用于实时控制。本文的研究考察了在存在不确定性和扰动时带反馈控制器的最优水动力涡轮设计的性能，以展示其益处并突出在 CCD 阶段明确纳入反馈控制器相关的挑战。