主动隔振系统解耦控制算法仿真与试验研究

对日益大型化、复杂化的隔振系统进行主动控制,采用多误差的最小均方差算法(LMS)计算负荷较大,且算法的实现过程复杂。基于此,研究了基于FXLMS算法的多通道解耦控制算法,建立简单的自适应控制器,可独立的控制子系统作动器,误差传感器测得的误差信号只参与该子系统对应作动器的控制力的调节,使所有误差传感器的误差信号的平方和最小,实现对多自由度振动的主动控制。仿真和试验结果表明,通过调整收敛系数和控制代价加权因子,主动隔振系统采用简单易行的解耦算法对线谱振动进行控制是行之有效的。     

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。     

车内噪声FXFU-LMS声振混合主动控制算法

目前车内振动与噪声主动控制研究主要集中在以振消声或以声消声方面,为解决消声与消振无法同时兼顾的问题,提出一种基于滤波-X最小均方算法(FXLMS)和滤波-U最小均方算法(FULMS)的车内噪声FXFU-LMS声振混合主动控制算法。以在某轿车中采集的振声传递函数为基础,在每次迭代中,首先采用FULMS算法对振动信号进行主动振动控制;然后利用振声传递函数计算出控制前后振动辐射噪声的减少量,得到进行振动主动控制后的耳侧噪声;最后采用FXLMS算法进行主动噪声控制,依次循环直至稳定。结果表明,FXFU-LMS算法能有效抑制车内噪声,且与传统FXLMS、FULMS算法相比,该算法残余误差更小,收敛速度更快,可以兼顾振动与噪声控制,更适用于车内噪声主动控制(ANC)。     

柴油机双层隔振非线性系统主动隔振研究

针对柴油机双层隔振系统,考虑误差通道严重非线性影响动力系统建模、振动分析以及主动控制策略设计、隔振效果,在预补偿模型参考自适应逆控制的线性化算法基础上,集成自适应陷波算法,形成自适应复合控制策略。在柴油机双层隔振系统主动隔振试验中,基于Hammerstein型非线性系统解耦及基频广义频响函数分析,建立线性化参考模型及提取误差通道相频特性曲线,分析提出的自适应复合控制策略,结果表明:接近目标非线性系统的线性参考模型,能够获得好的线性化效果和提供精确的误差通道相频特性曲线,并与相频曲线FIR模型拟合一起,决定着自适应复合控制策略的隔振效果;而与系统能量建模结果对比表明,只有通过消除系统非线性来抑制其对谐频振动影响,才能获得最优的系统振动能量级隔振效果。     

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。     

一种基于频率估计的自适应主动控制方法

主动控制是隔离水下航行器机械振动的有效方式,受安装空间限制及设备间耦合复杂激励作用,往往不便或难以有效拾取高信噪比参考信号,这将严重影响基于参考信号的主动控制算法应用及其效果。以滤波自适应算法为基础,通过频率识别和信号数字合成理论,提出一种不需要外界参考信号的自适应控制策略,并应用于旋转设备双层隔振系统主动控制。结果表明:两种算法可有效降低隔振系统残差信号,传统算法基频线谱控制能力较好,而频率估计自适应算法多线谱控制能力更优,但两者稳态控制力基本相当,说明要抑制同样激励均需消耗等量次级振源能量;因此,所提频率估计和数字合成方法能获得稳定有效的参考信号,可应用于复杂安装环境下旋转机械的振动主动控制。     

双层隔振系统耦合振动主动控制试验研究

为减少柴油机交变力向基础的传递，提出多点自适应有源控制策略，进行双层隔振系统多方向耦合振动的主动控制试验研究。以双层隔振系统的上层质量来模拟柴油机，在下层质量上合理地布置次级振源，选取合适的误差评价点，针对这些点的振动响应实施控制。当自适应过程收敛时，下层各拾振点的振动在最小均方误差准则下得到有效抑制，则下层质量的耦合振动自然得到了有效的控制，从而减少了对基础的力传递。主动隔振模拟试验结果表明，这种多点自适应有源隔振策略对于多方向耦合振动的有源控制是切实可行的，而且简单、实用。     

多通道主动隔振中的通道窜扰抑制算法

多通道主动隔振是采用多个作动器协调控制的方法抑制系统的全局振动。作动器对振动进行控制同时,也对其它作动器产生干扰,通道窜扰是多通道主动控制的一大难题。将去耦合滤波器应用到抑制多通道主动控制的通道窜扰中。用去耦合滤波器滤掉控制误差信号中的通道窜扰信号,所得信号代替控制误差作为滤波-x LMS算法新的参考信号。通过仿真表明,采用耦合滤波器对多通道主动控制结果有重要影响,去耦合滤波器在通道窜扰为正反馈时依旧保证算法收敛,防止控制效果恶化。     

一种应用Fx LMS算法的双层隔振试验装置

振动主动控制中次级通道的存在会对控制效果造成影响,为了减小影响,采用Fx LMS(Filter-x Least Mean Square)自适应滤波算法,通过调整步长更新滤波器参数进行自适应控制。平台使用Compact-RIO控制器并采用Lab VIEW对其进行编程,通过设置参数对不同系统进行主动控制。控制分为三部分:参数设置、次级通道辨识、误差信号的控制。在自适应算法的理论和仿真分析基础上,进一步在c RIO实时控制平台上进行实验研究,对双层隔振平台采用自适应算法实现主动控制,取得理想的控制效果。     

神经网络控制在柴油机主动隔振中的应用

将神经网络技术应用于柴油机双层隔振系统，构造了一种AVC(Active Vibration Control)系统。将实际柴油机信号作为系统输入，运用三层BP网络进行离线系统辨识，采用神经网络控制器，在双层隔振模拟试验台架上进行试验研究，实时控制结果表明神经网络控制在柴油机主动隔振中的应用具有一定的可行性。     

电动式主动吸振技术研究

研制了一种电磁式主动吸振器,并将之与被动双层隔振系统的结合形成组合减振装置,针对船舶柴油机的振动特点,开发了基于MLMS算法的自适应控制器,进行了数值仿真及模拟柴油机要机台架减振效果振,试验结果表明,该装置对复杂振动具有良好的控制控制效果。     

基于Stewart平台的空间光学仪器主动隔振系统研究

随着空间光学仪器的精度不断提高,对航天器产生的振动干扰变得更加敏感,必须对其进行振动控制。以压电陶瓷杆作为激励器,采用立方Stewart平台的结构形式对六自由度主动隔振系统进行研究,分别以被动、单层主动和双层复合反馈控制分别对单杆建立动力学模型,并且对六自由度系统进行系统级建模分析。分析结果表明,采用双层前馈和反馈复合控制的策略系统隔振性能较好,有效隔振频段范围更大。     

约束权函数的FxLMS算法的自适应有源隔振技术研究

基于FxLMS算法,构造一种适用于双层隔振装置有源控制的自适应CFxLMS算法。该方法可降低参考信号干扰对误差通道的影响,提高系统的鲁棒性。针对某一基于磁致伸缩作动器双层隔振装置进行计算机仿真,结果证明该方法可有效改善系统性能。     

自适应控制系统中矩阵解耦控制算法研究

自适应多通道主动隔振系统中,次级通道间的耦合会影响控制算法稳定性,且任一误差信号均参与所有控制信号的更新。针对通道数较少(n4)的控制系统,提出一种矩阵解耦优化算法,主要思想是基于前馈补偿,在次级通道矩阵前插入解耦矩阵,实现次级通道解耦,使控制信号与误差信号之间一一对应,提高算法的稳定性和收敛速度。同时,为增强作动器与临近传感器之间传递函数的影响,解耦矩阵主对角元素被设为1,文中给出了解耦矩阵工程实现的具体方法。对算法进行仿真分析和试验,结果表明:矩阵解耦优化算法对双频线谱振动控制效果明显,同时使计算量减小,控制精度提高,平均振动衰减分别可达21.6 dB和10.9 dB。     

列车用双层隔振系统隔振性能实验

为评估某内燃动车组车下柴油发电机组的双层隔振系统隔振效果,对系统进行台架振动测试,根据加速度响应信号进行频域和时域传递特性分析,并结合振动评定指标评价该系统的隔振性能。然后,对车体和机组双层隔振系统进行模态实验和模态匹配性分析。结果表明,该系统隔振性能良好,且不与车体发生耦合共振,隔振参数设计合理。最后,通过车辆线路运行试验验证了分析结果。     

多线谱振动噪声主动控制中误差传感器的优化配置

针对振动主动控制中的误差传感策略问题,改进了现有的传感器优化算法,求解过程采用整数编码和混合编码的遗传算法,在保证整体减振效果基本不变的前提下减少传感器数目并优化其位置,使整个控制系统的规模得到了降低。同时为了消除多通道主动控制时各通道之间的耦合作用,采用Fx LMS算法,在浮筏到舱段振动传递途径中安装了4台液压作动器,误差信号同时作为每个作动器的反馈信号,结合提出的误差传感优化策略,对多个激励频率的主动隔振进行了详细的实验研究。实验结果表明,对舱段结构上优选出来的4个误差点进行有效控制后,舱段结构上22个误差点的全局减振效果基本不变,且10个监测用传声器的声压得到了有效的抑制。     

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.     

音圈电机驱动的双层主动隔振系统设计与仿真

介绍采用音圈电机作为振动主动控制作动器的特点和工作原理,详细分析并建立音圈电机的数学模型,推导其传递函数。并针对双层隔振系统,采用理论建模的方法,建立双层隔振系统的数学模型。以位移传递率最小作为研究分析的目标,设计出一种宽频主动隔振系统,并用音圈电机作为驱动器,最后用Matlab/Simulink进行仿真,仿真结果显示该隔振系统在宽频带内具有良好的隔振性能,有效的提高隔振平台的精度。     

双层隔振系统模糊振动主动控制技术

采用模糊控制理论对双层隔振系统进行主动控制仿真。这种策略无需考虑一般自适应前馈控制所引起的次级振源对控制器输入的反馈问题(耦合通道的影响)及次级振源到误差评价传感器之间的传递函数(误差通道)对控制过程的影响,控制系统简单易行。研究结果表明,所采用的模糊控制策略对于周期和随机振动信号均有很好的控制效果。     

基于Stewart平台微振动主动控制分析与实验

以压电棒为主动元件构建立方体Stewart隔振平台,采用基于DSP的数字控制系统和Fx-LMS自适应算法进行振动控制。对输入输出通道辨识方法和主动控制模块进行测试,并给出隔振平台隔振效果验证。实验结果表明,对于10 Hz~100 Hz范围内的单频干扰,可实现24 d B以上抑制效果,对于双频干扰,也具有良好的控制效果。