基于多分辨谱分析的正弦加随机振动试验控制算法的研究

针对正弦加随机振动试验中低频正弦信号控制精度不高的难题,提出以多分辨谱分析方法为基础,结合维纳-辛钦定理,从频域获取正弦信号的幅值,从而实现正弦响应信号与随机响应信号的准确分离,提高了低频正弦信号的控制精度。经过仿真试验对比,该算法获得了很好的控制效果,解决了低频控制精度差的问题。     

进化规划在多振动台随机振动控制中的应用

针对多振动台随机振动控制中求解补偿矩阵的广义逆算法，提出利用进化规划对补偿矩阵的初值进行优化的方法，解决了实时控制中的非线性、宽区间内的极值求解问题。双振动台随机振动控制的仿真实验研究表明，将基于进化规划的广义逆求解补偿矩阵方法引入随机振动控制过程，在同等计算精度条件下，计算时间大大缩短，并改善了控制中共振峰处的奇异性，为广义逆算法在多振动台随机振动控制中的在线应用提供了有力支持。     

MIMO随机加正弦振动试验J-阻抗复合控制算法

以多输入多输出(multiple-input multiple-output,简称MIMO)随机加正弦混合试验控制系统中信号分离方法、控制策略及试验为研究对象,提出了针对混合型振动试验的分离控制策略,采用相关积分法分离混合信号中的正弦信号与随机信号成分。推导了MIMO线性随机振动系统的反馈控制方程,提出了控制目标针对性更强的Jacobi控制算法。分析了多点正弦振动试验中存在的过修正问题,基于压缩因子修正提出阻抗控制方法,并将其与Jacobi算法共同应用于混合试验系统。以悬臂梁为试验对象,开展J-阻抗复合控制算法在两输入两输出随机加正弦混合试验系统中应用验证。结果表明,算法可以有效地抑制超标谱线,并将结果控制在容差带内,为混合振动试验控制提供有力的理论支撑。     

基于IIR结构的自适应滤波振动主动控制方法

当前自适应滤波前馈控制方法中具有代表性的是滤波-X最小均方(filtered-X least mean square,简称FX-LMS)算法,它通常假定干扰源可测且作为前馈控制器的参考输入,但实际振动控制过程中需要考虑控制输出反馈信号对参考信号的影响,因此滤波-X算法面向实际应用具有较大的局限性。针对这一问题,以机敏压电太阳能帆板结构为模拟试验对象,提出一种基于IIR(infinite impulse response,简称IIR)结构的滤波-U最小均方(filtered-U least mean square,简称FULMS)自适应滤波控制方法,着重分析了控制器结构设计、FULMS算法推理过程、试验模型结构设计、试验平台的构建及其试验验证等环节。经过与FXLMS算法对比仿真试验,笔者所设计的控制算法控制效果良好。将其进行试验验证分析,结果表明,所采用的控制器设计方法与控制算法收敛速度快,控制效果好,为自适应振动控制方法向实际工程应用提供了较好的研究基础。     

高频疲劳试验静载载荷控制建模及仿真实现

为了研究电磁谐振式疲劳试验静载加载控制系统问题,建立了静载加载系统的双自由度模型和直流伺服电机模型,得到了系统的开环传递函数,然后基于MATLAB分析了该系统的动态特性。采用了自动控制技术经典PID控制算法和模糊控制算法来实现该系统的静载载荷控制。在Labview中运用了PID控制算法实现了该系统,并将取得的运行结果与仿真结果进行对比分析。结果表明:通过对疲劳试验静载载荷控制系统的建模及仿真实现,可以满足疲劳试验静载载荷控制的基本要求。     

基于多分辨技术的任意控制顶点曲面光顺

在自由曲面的光顺过程中,针对曲面u、v方向控制顶点数任意的情况,以任意控制顶点曲线的多分辨光顺算法为基础,通过张量积的方法,把任意分辨率下的多分辨光顺技术推广到了二维空间。该算法基于张量积运算,用严格的数学推导实现了二维B样条小波的构造及其分解重构算法,由此把原始曲面的控制顶点分解成了低频部分和三个细节部分,其中,低频部分即为光顺曲面的控制顶点,细节部分即为过滤掉的噪声。由于整个计算过程严格遵循多分辨分析思想,原始曲面仍然可以通过重构算法由低频部分和细节部分进行精确重构。在此基础上,通过一个复杂的实例,验证了本多分辨光顺算法的正确性和准确性。     

非高斯随机振动试验并行控制策略研究

针对非高斯随机振动试验控制中功率谱均衡与峭度均衡相互干涉,影响控制精度的问题,提出非高斯随机振动试验并行控制策略。在提出整个系统控制流程的基础上,分别给出功率谱均衡控制算法和峭度均衡控制算法。对蕴含峭度信息的随机信号产生机理展开研究,先给出信号产生的流程图,然后推导出符合控制系统要求的随机信号设计参数。利用功率谱设计滤波器,通过卷积运算调制出用于系统控制的驱动信号。仿真与试验结果表明,采用非高斯随机振动试验并行控制策略进行系统控制,其输出响应谱与参考谱的误差完全满足工程中常用的±3 dB控制要求,峭度控制也达到很高的精度,满足工程试验要求,从而验证该控制策略的有效性。     

VCS振动控制系统控制算法研究

振动控制系统是研制、鉴定和生产可靠性试验必备的设备.介绍正弦振动控制算法、随机振动控制算法、正弦加随机信号的分离算法、随机加随机振动控制算法.振动控制系统已应用于四综合(温度、湿度、高度、振动)试验系统中.     

多传感器自适应控制网络平台构建及其硬件设计

针对面向现场多传感器自适应控制算法的数据传输处理要求,提出了一种与其相适应的控制网络平台架构实现方案。采用精简的LAN级Sockets、带中继的I^2C总线和底层微处理器的三层总线结构,以现场主服务器作为多传感器自适应控制算法处理核心和网络控制中枢;以单MCU驱动多传感器模式,实现异构反馈数据的采集和数据融合预处理任务。配合以算法前提与二叉树存储等新型处理等机制,有效地提高了硬件系统的通用性和可重构性,降低了系统维护和升级的成本。     

基于LabVIEW的电磁式振动台试验系统

针对目前电磁式振动台试验系统振动输出控制精度低的问题,设计了基于LabVIEW的电磁式振动台试验系统。在对系统进行结构分析与硬件设计的基础上,进行了相应的软件设计,系统软件在LabVIEW环境下进行开发,为提高振动试验精度,在振动试验中引入闭环控制的思想,针对正弦振动和随机振动2种试验模式分别采取PID算法和随机振动功率谱复现迭代算法作为其控制方法。实际振动试验测试结果表明,所设计的振动台系统实现了对正弦振动和随机振动输出的有效控制。     

Comparison of collocation strategies of sensor and actuator for vibration control

Some possible collocation strategies of sensor and actuator pairs for the application to active vibration control systems are analyzed, compared and discussed in this paper. This is becausea well-designed sensor — actuator collocation configuration can provide a simpler control algorithm with excellent performance and stability, especially when velocity feedback is adopted. As an ideal point collocation pair of a sensor and actuator shows high possibility in actual vibration control problems, the advantage of a collocated accelerometer — shaker pair is proven experimentally and discussed first. Then as a similar approach, a collocated piezosensor — piezoactuator pair is analyzed in depth with the in-plane motion coupling. Finally, two configurations of a practically collocated configuration with an accelerometer — piezoactuator pair and a non-overlapped collocated pair of a bimorph piezosensor — two bimorph piezoactuators are described in detail in terms of performance and stability with experimental results. Those two configurations are expected for the applications to more practical active control of vibration systems with the velocity feedback control scheme.     

转子系统强迫振动自校正控制

给出了用于转子系统强迫振动主动控制的自适应控制方案,它主要由可控径向轴承和自校正控制器两部分组成。可控轴承为系统的执行元件,自校正算法则由多步递推预报器和控制器组成,通过在线测量转子系统输入输出值,调整油腔压力而使强迫振动振幅减小。仿真计算表明自适应控制适用于转子系统强迫振动控制,转子不平衡引起的振动幅值可有效地减小。     

任意概率分布随机振动激励源的设计与实现

随机振动台是航空航天产品重要的研制、鉴定、可靠性及生产试验设备,提高振动模拟试验的逼真性和振动试验的效果都需要产生非高斯分布的随机激励信号.本文对具有给定功率谱密度分布的非高斯随机振动激励信号的生成技术进行研究与分析,使数字式随机振动控制系统可以同时具有频谱和幅度分布的控制能力.给出了采用数字信号处理技术高精度和快速地产生任意概率分布的随机振动时域激励信号的方法.采用这种方法得到的宽带随机信号的信噪比可达到70 dB,可用于精密随机振动台的驱动控制信号,准确地实现被试验产品的模拟实验.计算机仿真和实验结果也证实了该方法的正确性和有效性.     

振动自适应模糊控制方法研究

将自适应模糊控制理论引入振动控制工程领域,提出了一种基于模糊逻辑系统的在线自学习控制方法。给出了该控制方法的学习算法及初始振动模糊控制器的产生方法。分析了该方法与其它非线性控制方法（神经网络控制）相比所具有的优点。仿真结果表明该自适应模糊控制方法能有效地抑制振动。     

永磁型电主轴多频率振动的主动控制

为了有效抑制由砂轮质量不平衡及外部干扰引起的永磁型电主轴转子系统砂轮端的多频率成分振动,在无轴承永磁电机径向磁悬浮力产生原理的基础上,提出了一种基于最小方差快捷分块(FBLMS)的自适应滤波的永磁型双绕组电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制方案。首先研究了双绕组永磁型电主轴结构及工作原理和径向控制力的模型,借助有限元法建立了永磁型电主轴柔性转子系统的动力学模型,分析了控制电流的不同成分对永磁体涡流损耗及电机定子铁损的影响,设计了永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动的主动控制系统,结果表明,提出的永磁型电主轴柔性转子系统砂轮端多频率成分振动控制方案具有明显的控制效果。     

柔性基、柔性关节空间机械臂的运动混合控制

为解决具有不确定性柔性基、柔性关节空间机械臂的控制问题,提出一种自适应鲁棒终端滑模控制与自适应最优控制相结合的混合控制方案。首先,利用奇异摄动法将系统降阶为慢变子系统及快变子系统;其次,针对慢变系统设计一种由等效控制、鲁棒控制及自适应调节算法组成的轨迹跟踪自适应鲁棒终端滑模控制方案;之后,针对快变系统设计一类基于自适应状态观测的振动最优控制策略。仿真结果表明所提方案在系统刚性、柔性运动控制上的有效性。     

闭环输入整形器消除多模态柔性系统残留振荡

输入整形技术能抑制柔性系统的残留振荡,但目前多采用开环控制策略,不能消除由于非零初始状态、参数变化、外界干扰和系统非线性等不确定性因素引起的振荡。对输入整形系统提出闭环控制策略,将输入整形器与振动阻尼器相结合共同抑制多模态柔性系统残留振荡。输入整形器阻止操作命令向系统中注入能量,振动阻尼器阻尼掉由于不确定性因素注入系统中的能量,这两个控制器共同作用能有效消除系统残留振荡。与开环输入整形技术相比,有更强的参数鲁棒性和抗外界干扰能力。将这一控制技术用于起重机模拟试验系统,能有效抑制载荷的残留摆动。     

振动试验中削波信号功率谱密度补偿

振动试验过程中削波会引起信号的功率谱密度下降,局部频率点对应的功率谱密度误差过大将导致试验结果的可信度降低,尤其对于模态试验,输入信号削波可能导致信号谱型局部"下凹",甚至产生错误的试验结果。从偏斜度、峭度、概率分布和功率谱密度等方面分析了高斯信号及非高斯信号的特性,介绍了功率谱密度补偿的频谱均衡及比例-积分-微分(proportion-integration-differentiation,简称PID)两种算法,并对比了这两种算法的补偿效果。结果表明:对于高斯信号,两种算法从迭代次数及最小误差对比区别不大,且均能满足均衡要求;对于非高斯信号,PID算法实现较小误差的同时,迭代次数少,具有一定优势。     

转子电流变阻尼器系统振动模糊控制的实验研究

电流变液是一种智能材料 ,它具有控制方便、反应快等特点 ,适合于振动控制方面的应用。本文针对摩擦板式电流变阻尼器转子振动系统设计了自适应模糊逻辑控制策略 ,进行了转子系统振动主动控制的实验研究 ,验证了自适应模糊控制方法的有效性。实验表明 ,模糊逻辑控制方法具有算法实现简易、善于利用专家的经验以及自适应能力强等诸多优点 ;转子电流变阻尼器振动系统在模糊逻辑控制器的控制之下 ,不但一阶临界振动得到有效抑制 ,而且其它转速下的振动幅值也大大降低     

Supervisory adaptive control for the structural vibration of a coordinate-measuring machine

A supervisory adaptive control approach has been developed for a structural vibration control of a coordinate measuring machine, which is a dynamic system with time varying system model order and parameters. An on-line dynamic data system modelling algorithm is used to identify the system model order and parameters simultaneously. Based on the identified model, a predictive control algorithm is applied to generate control commands. A supervisory strategy with several monitoring indices and decision-making rules is proposed to supervise the modelling and control processes. The developed supervisory adaptive control approach has been implemented in a digital signal processor board for structural vibration control. Experimental results indicate a 75% reduction in the peak-to-peak vibration and an 80% reduction in the settling time.