多频未知时变扰动下的结构微振动鲁棒自适应控制

本文针对多频窄带未知和时变扰动,基于内模原理和Y-K参数化方法,提出一种反馈鲁棒自适应振动的主动控制算法。该算法通过设计PID中央鲁棒控制器,有效解决了次级通道模型未知情况下的鲁棒控制器参数设计问题。同时提出一种变步长最小均方（Variable Step Size Least Mean Square,VSSLMS）方法,可以在保证稳态误差的基础上大幅提升收敛速度,并通过系统辨识实验验证了所提VSSLMS方法相较于其他VSSLMS算法在收敛性能上的优越性。通过结构微振动主动控制实时实验,对比验证了单独采用滤波x最小均方（Least Mean Square,LMS）自适应控制算法、基于LMS算法的鲁棒自适应控制算法和基于VSSLMS算法的鲁棒自适应控制算法的抑振效果。实验结果表明,本文基于VSSLMS算法的鲁棒自适应控制算法在面向双频正弦窄带扰动以及其频谱、幅值突变情况时,都具有较好的收敛性和鲁棒性。     

基于分支电路的主动-被动混合式结构振动控制

研究了压电智能结构振动控制问题。采用基于分支电路的主动-被动混合的控制方法对结构振动进行抑制，通过在控制器中设置主动电感使得分支电路的谐振频率在一定范围内可以连续调节，以适应激励频率的变化。给出了系统的模型及控制算法，并进行了仿真及实验研究。仿真及实验研究的结果表明该方法能有效地抑制结构振动，并且其鲁棒性明显好于Filter-x算法。     

Study and verification of an online secondary path identification algorithm for adaptive filtering based control of structural vibration

针对基于自适应滤波的振动控制算法的误差通道辨识问题,提出一种在实施该控制算法中进行误差通道模型实时在线辨识的方法.其基本思想是在振动主动控制器输出端引入一个白噪声信号,采用有限脉冲响应滤波器作为误差通道模型进行实时在线辨识,利用性能判别器实时控制辨识环节的停止与否,同时振动主动控制采用滤波-X算法.给出了具有在线辨识功能的控制器结构与算法过程,并结合实验模型结构和测控平台进行了实验分析与验证.基于MATLAB进行相关算法仿真,分析引入白噪声信号对辨识模型误差的影响,提出了一种辨识模型误差判定准则,并分析对振动控制系统性能的影响;基于实验平台进行了压电机敏柔性结构振动主动控制的验证.实验结果表明,控制通道模型实时在线辨识策略是成功的,由此验证了所设计的控制器及其控制算法的可行性和有效性.     

改进型FULMS算法实现压电机敏框架结构振动抑制

航空航天器结构振动主动控制研究一直非常活跃,其中自适应滤波FULMS算法构成主要控制方法之一,但该算法存在一个如何提取有效参考信号的问题。提出一种改进型FULMS振动控制算法,算法过程是通过从振动结构中直接提取振动响应残差信号,进而基于控制器结构和算法过程数据构造出参考信号,满足于激扰信号的相关性并进入算法控制过程;在此基础上,构建了一种压电机敏框架结构和实验平台进行实验验证,阐述了实验模型结构模态分析、分布式压电传感器和驱动器优化配置,以及实验平台构建和实验过程分析。研究结果表明,改进型FULMS算法较为有效地解决了参考信号实际获取问题,并具有良好的收敛性和结构振动抑制效果,对自适应滤波振动控制算法进一步实用化具有良好意义。     

基于模糊自整定PID算法的压电柔性机械臂振动控制研究

柔性臂运行过程中的振动降低了其定位和操作精度,不同控制算法时的柔性臂抑振效果也不相同。针对刚-柔-电耦合的双连杆压电柔性机械臂,提出基于模糊自整定PID算法的柔性臂振动主动控制方法。利用MATLAB软件中的模糊工具箱,建立有效的模糊规则,实现了PID参数在线自整定模糊控制系统的设计与仿真。与常规PID控制算法相比较,仿真及实验结果表明:两种算法均能抑制柔性机械臂的振动,但模糊自整定PID控制器具有响应快、鲁棒性好、调整方便等优点,并更好地改善了控制系统的动态性能。     

多通道FULMS自适应前馈振动控制算法分析与验证

摘要：柔性结构振动主动控制的核心问题之一是控制策略与方法,针对FXLMS自适应滤波前馈振动控制方法参考信号不易选取问题,给出一种多通道FULMS自适应滤波前馈振动控制方法;首先进行控制器结构的分析与构建,概括描述和推导了多通道FULMS控制算法过程;为验证所分析算法的可行性和优越性,基于MATLAB软件包进行仿真分析,并与FXLMS算法分别进行单通道和多通道控制效果对比,分析结果表明多通道控制优于单通道控制,FULMS算法优于FXLMS算法。在此基础上,以航天器柔性帆板结构为理想模拟对象,构建压电机敏柔性板结构和测控系统进行实际算法控制实验;实验过程与验证结果表明,采用的FULMS控制器设计方法与控制算法是有效可行的,并具有较快的收敛速度和较好的控制效果。     

变步长自适应结构振动主动控制算法

提出基于次级通道在线辨识的变步长振动主动控制算法,给出主动控制环节收敛步长、次级通路建模环节收敛步长的调整策略及新的附加噪声功率控制策略。此调整策略完全由初级振动、残余振动及附加随机噪声信号功率决定,无需额外引入经验参数,可简化系统算法复杂度,提高算法收敛性能,实现对附加随机噪声功率的调节,在保证系统稳定情况尽量消除其对残余噪声影响。仿真结果表明,与已有算法相比,该算法在收敛性能、振动控制效果两方面更具优势。基于NI CRIO实时控制器进行简支梁振动主动控制试验表明,该控制系统对简支梁振动响应有较好的抑制作用,对初级振动频率具有较好的跟踪性能。即基于次级通道在线辨识的主动控制方法行之有效。     

基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究

针对压电智能挠性悬臂梁进行了基于模糊振动控制研究.首先推导了压电智能挠性悬臂梁的控制方程.基于查表法设计振动模糊控制器,并在此基础上运用了一种修正技术提高模糊控制精度,提出采用修正Fuzzy-PI双模控制方法,设置信号阀值实现Fuzzy控制和PI控制的切换,设计了挠性悬臂梁振动主动控制算法.建立了压电智能挠性悬臂梁的实验平台,采用提出的控制方法对悬臂梁振动进行实验研究,实验结果表明:振动被快速抑制,系统的动态、稳态性能方面优于普通模糊控制器.     

柔性结构振动预测控制的仿真研究

针对柔性结构的振动问题，提出了用预测控制方法来实现对振动的主动控制。建立了由压电作动器和应变片传感器组成的悬臂梁实验系统的控制模型，用动态缩聚的方法对梁的有限元模型进行降阶，根据这个降阶模型设计了一个预测控制器，将其应用于系统的振动控制，并给出了预测步长和控制步长对控制性能的影响。仿真结果表明该预测控制方法能够有效地抑制柔性结构的振动。     

AMD系统的自适应最小控制合成（MCS）算法

结构主动质量阻尼（AMD）系统在地震和强风作用下,能够根据外部荷载的变化,依据某种控制算法实时计算控制力并主动施加到结构上,从而减小结构的振动响应。AMD系统对于结构振动控制效果取决于控制算法,为此将MCS自适应控制算法应用到AMD系统中,由于该算法不需要事先知道受控结构的力学模型和参数,具有很好的鲁棒性能,非常适合应用于结构振动控制中。据此推导参考模型MCS自适应算法的控制方程,提出降低地震能量控制的参考模型,对AMD装置的两层框架结构的仿真分析,并在UCIST II小型振动台上进行控制算法试验,且与传统的极点配置算法进行比较。结果表明：采用MCS自适应算法可以结构受控响应保持与参考模型预期的响应一致,其控制的效果要优于传统极点配置算法的控制效果。     

三缸发动机式增程器扭转振动模糊PID主动抑制

针对增程器系统在发动机转矩波动激励下的多谐波扭转振动问题,提出一种模糊PID控制算法,利用发电机输出扭矩主动抑制扭转振动。建立8自由度轴系强迫振动模型,然后以角加速度以及转速为控制目标,采用模糊PID控制器主动抑制扭转振动。以均平方角加速度为扭转振动的评价指标。分析稳态和瞬态工况下扭转振动主动抑制效果。仿真结果表明,稳态工况下相比只以转速为控制目标的PID控制方式,均平方角加速度降低68.3%;相比传统的PID控制方法,均平方角加速度降低29.0%。所提出的方法可以有效抑制增程器轴系的扭转振动。     

一类多频线谱激励下的主动隔振控制方法

研究了多频离散线谱激励下的主动隔振控制问题,提出了一种多通道解耦的自适应前馈控制方法;采用窄带带通滤波器对多频振动信号进行解耦,通过多个并行的自收敛变步长归一化的LMS自适应滤波器构成前馈控制器,驱动一个单自由度的作动器对多频线谱振动进行隔离;该方法无需次级通道模型信息,具有结构简单、鲁棒性强的优点。在某型磁悬浮隔振器的隔振系统上进行了多频主动隔振实验,实验结果验证了该方法的有效性。     

多点激励下磁控形状记忆合金主动控制系统试验研究

为了改进磁控形状记忆合金主动控制系统的振动控制效果,以Kiewitt型网壳结构为研究对象,提出了基于磁控形状记忆合金主动控制系统的多点激励控制算法,并改进了算法的迭代过程。在模拟地震振动台试验基础上,分析了磁控形状记忆合金主动控制系统核心元件的作动性能,应用MATLAB软件程序对多点激励控制算法进行了仿真研究,开发了磁控形状合金的主动控制系统仿真技术。通过Kiewitt型网壳结构的模拟地震振动台试验和仿真试验,验证了所开发的磁控形状记忆合金主动控制系统控制策略及仿真技术的可靠性。在此基础上,对Kiewitt型网壳结构进行了多点激励控制试验,分析了地震响应峰值的变化情况,结果表明,多点激励控制的地震响应峰值较单点激励控制下降10%左右。     

次级通道在线辨识的齿轮啮合振动主动控制

针对齿轮传动系统中由于啮合误差产生的周期性振动和噪声,构建在从动齿轮轴上附加压电作动器的齿轮主动结构,提出一种次级通道在线辨识的反馈FxLMS算法进行主动控制。应用C-MEX S函数在Simulink中编写了FxLMS算法模块和次级通道进行在线建模的自适应LMS算法模块,仿真算例验证了自建模块的正确性和算法的有效性。将控制算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电作动器的齿轮主动结构组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明,在不同啮合频率下,经过主动控制后的齿轮传动系统振动有了不同程度的减弱,在啮合频率基频处有6.9dB的衰减。     

齿轮啮合振动的主动控制方法与实验研究

为了有效抑制齿轮传动系统由于啮合误差引起的周期振动噪声,提出一种基于压电堆作动器并结合自适应算法的齿轮传动振动主动控制方案。首先根据控制齿轮轴横向振动的思想构建齿轮箱主动结构,应用C-MEX S函数编写FxLMS自适应控制算法模块;基于级联自适应陷波器的技术提取齿轮啮合振动信号进而合成参考信号;利用自适应NLMS滤波器对包含压电堆作动器的次级通道进行离线辨识实验,在得到次级通道传递函数的同时有效避免了次级通道辨识和控制器之间的相互干扰。最后将算法代码下载到dSPACE中作为控制器,与内置压电堆作动器的齿轮箱组成硬件在环系统进行实验验证。结果表明:由FxLMS算法控制的压电堆作动器对齿轮的啮合振动控制效果明显,在不同转速、不同负载情况下啮合振动有15~26dB的衰减。     

板振动的无需次级通道建模的分散式前馈控制方法研究

本文针对板的振动,提出了一种无需次级通道建模的分散式前馈控制方法。该前馈控制方法不需要结构的物理信息,并且能够控制板在非共振频率处的线谱振动。采用压电片和加速度计分别作为执行和传感元件,建立了简支板振动主动控制的理论模型和实验系统。提出了分散式前馈控制策略,并分析了无需次级通道建模的分散式前馈控制算法的稳定性。提出了一种内模滤波器将加速度信号转变为速度信号,并补偿抗混叠滤波器和平滑滤波器的频率响应,使执行器和传感器保持同位配置。通过仿真和实验验证了该算法的有效性。     

一种反馈式自适应振动控制方法研究

对一种反馈式的线谱振动自适应主动控制方法的参考信号生成方法进行了研究,分析了该参考信号生成方法的基本原理和不足,并对此进行了改进,抑制参考信号生成中,背景噪声引起的参考信号幅值波动。然后,通过应用改进的参考信号生成方法,形成了新的反馈式自适应控制方法。最后,进行了仿真分析和基于主动控制平台的试验研究。仿真结果表明,相比原算法,改进后的反馈式自适应控制方法具有更快的收敛特性和较小的稳态误差;在相同的高背景噪声和大步长系数下,改进算法具有更好的抗噪稳定性能。试验结果表明,改进后的算法能够在参考信号与振源信号存在频率偏差的情况下,对多频振动信号取得有效的主动控制效果。     

基于参考信号重建的双层隔振系统主动控制试验研究EI北大核心CSCD

针对双层隔振系统振动控制过程中参考信号不稳定的问题,设计了一种基于反馈理论的参考信号重建FXNLMS算法,在多种工况下进行振动主动控制试验。搭建双层隔振主动控制试验平台,采用最小均方算法建立误差通道的FIR滤波器数据通道模型;分析经典FXLMS控制算法,通过获取输出与误差信号对参考信号进行重建,采用归一化方法实时调整步长因子。单频和多频情况下进行仿真分析,结果表明重建信号与实际信号具有很高的重合度,控制系统具有良好的控制效果。试验结果表明,参考信号重建算法比FXLMS算法具有更好的稳定性和抗干扰能力,且不同条件下激励频率处振动衰减量可达15~30 dB。     

压电组件嵌入式风洞模型支撑系统振动主动控制仿真

吹风试验时风洞模型支撑系统往往会产生较大振动,这将影响到风洞试验的准确性和可靠性。因此,研究并实现模型支撑系统的振动控制技术尤其重要。基于压电材料机电耦合行为和振动主动控制原理,设计压电组件嵌入式风洞模型支撑系统;依据刚柔耦合动力学理论,建立模型支撑系统结构振动仿真模型;联合经典PID控制算法,进一步构建模型支撑系统结构控制一体化仿真模型,实现系统主动振动控制仿真;最后,计及接触非线性环节,建立压电组件嵌入式结构有限元模型,校核接触强度,优化嵌入型式。仿真结果表明,压电组件嵌入式模型支撑系统振动控制效果明显,结构安全可靠,具有较强的工程应用性。     

多自由度系统振动控制仿真和实验

对于复杂的多自由度系统的振动控制，耦合问题是一个难点。分析分析了对多自由度系统采用多个单输入单输出的控制方法的条件，即控制线性系统的一组广义坐标来达到控制整个系统的目的。应用这种理论，对一个两自由度系统进行了实验研究，并采用六组独立的LMS自适应算法，对一种特殊的六自由度结构——立方Stewart平台——进行振动控制过程仿真，实验和仿真效果均把原振动减小了90％以上。