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.     

一种VSSFxLMS算法及其在多自由度微振动控制中的应用

FxLMS算法常用于自适应振动控制研究领域,其固定步长导致不能同时获得快的收敛速度和小的稳态误差。针对多自由度压电结构振动主动控制,提出一种改进VSSFxLMS振动控制算法,通过利用反余切函数的特性优化算法步长的迭代规律,有效提升算法对于噪声干扰的鲁棒性,并给出该算法的动态性能与稳态性能分析。以压电结构微振动多通道控制为目标,在ADAMS软件中建立结构微振动主动控制仿真模型,通过与SIMULINK联合仿真观察振动控制算法实施效果。构建了基于压电堆作动器的多自由度主动隔振结构,以及相关测控单元与实验系统,进行了结构微振动主动控制实验与结果分析,验证了所提出振动控制算法的良好控制效果和鲁棒性。     

用蚁群优化算法进行误差修正的手臂姿态跟踪的研究

为了提高人体手臂运动姿态跟踪的精度,提出了一种采用蚁群优化(ACO)算法修正误差的手臂姿态跟踪方法。该方法基于对姿态测量单元中加速度计的误差模型的分析,采用ACO算法进行误差模型参数拟合以修正加速度计的静态误差;应用卡尔曼滤波算法对MEMS加速度计、磁力计和陀螺仪数据进行数据融合,得到肢体姿态最优估计;采用了手臂肘关节的几何约束模型,对手臂姿态跟踪过程中因噪声扰动和肌肉变形产生的随机漂移误差进行补偿,得到手臂关节的正确位置估计。试验表明,该方法有效地降低了传感器噪声所引起的漂移,提高了位置测量的准确度和稳定度。     

压电主动杆位置和增益在随机智能桁架结构振动控制中的优化

对结构物理参数、几何尺寸、作用荷载和控制力同时具有随机性时 ,随机压电智能桁架结构中主动杆的配置位置和闭环控制系统增益进行了优化 ,基于系统最小储存能 ,构建了具有动应力、动位移可靠性约束的主动杆配置和控制增益的优化模型 ;并对结构动力响应的数字特征进行了推导。通过算例 ,验证了该优化配置模型的合理性和有效性 ,获得了若干有意义的结论。     

通过分流扬声器实现管道噪声控制

提出通过分流扬声器控制管道噪声。首先采用一个干扰扬声器放置在管道的一端作为噪声源,另一个扬声器外接分流电路组成分流扬声器对管道噪声进行控制,并建立管道-扬声器耦合模型。然后设计参数独立可调的分流电路,实现对分流扬声器的固有频率和阻尼比的独立调节,通过优化分流电路的参数,从而使得分流扬声器达到良好的控制效果。最后对所设计的分流扬声器的控制效果进行了数值计算。结果表明:所设计的分流扬声器能够有效控制管道内的声压。与传统的噪声主动控制方法相比,该方法的主要优点在于控制系统不需要误差传感器和控制器,结构简单,实际使用方便。     

基于几何方法的智能轮椅开门任务的路径规划

研究了装有机械臂的智能轮椅的开门动作的控制,给出了开门任务的优化准则函数,并提出了一种基于几何方法的路径规划算法.该算法通过分析智能轮椅开门动作投影到二维平面的几何关系,结合轮椅本体的运动学模型和优化准则函数,利用模拟退火算法求解轮椅本体的运动轨迹.在确定了轮椅本体的运动轨迹后,通过几何方法可以求解出机械臂的运动轨迹....     

不同正则化方法在船舶辐射噪声计算中对比与试验研究

为研究不同背景下不同正则化参数方法在船舶辐射噪声评估中的适用性,降低辐射噪声计算误差,介绍了基于工况传递路径分析(OTPA)的船舶辐射噪声计算方法,讨论了奇异值分解(SVD)法、基于L-curve和广义交叉验证(GCV)的Tikhonov正则化方法在辐射噪声传递函数求解问题上的适用性,并进一步提出基于准最优(Q-O)判别准则的Tikhonov法。千岛湖舱段模型水下声辐射试验结果表明:在不同环境下,SVD方法性能最差;在正常环境下,L-curve、GCV和Q-O准则方法性能基本相同;随着背景噪声水平的升高,L-curve方法优于GCV方法,而Q-O准则方法优于L-curve方法,可较L-curve降低辐射噪声误差约0.42 dB,较SVD方法降低约1.19 dB。同时,Q-O准则鲁棒性分析表明该参数可近似视为最佳正则化参数,该方法可为后续实船工程应用提供指导。     

汽轮机轴系弯振干扰抑止问题鲁棒H∞控制

研究汽轮机组结构复杂的轴承转子系统振动及其控制时所建模型难免引入建模误差的问题，对此提出采用鲁棒性较强的H∞控制方法实施主动控制，并提出以三条假设简化弯曲振动普遍运动方程，分析轴系弯振特性，设计弯振干扰抑止控制器，依据200MW汽轮机组主动控制实验台模型轴系几何物理数据，进行计算机仿真分析，验证此控制器具有鲁棒稳定性，对控制系统具有较好的镇定作用，仿真分析结果说明了H∞控制方法在复杂转子系统振动主动控制中的可行性。     

双层板结构中声传播主动控制的仿真分析

文章针对一个具有双层板结构的模型,对于在双层板结构中放置次级声源以达到主动控制低频噪声传播的方法进行了数值计算仿真.在数值计算仿真中采用直接对结构-声耦合运动方程进行傅立叶变换的方法,简单而有效地验证了在封闭空腔中放置次级控制声源可以达到控制低频噪声传播的目的,并且分析了不同控制源策略的差异.     

基于球杆仪的旋转轴几何误差测量和辨识

通过圆弧测量轨迹, 移动球杆仪测量球心在旋转工作台上3个安装位置的9项误差, 采用齐次变换理论建立几何误差辨识模型, 引入系数矩阵条件数进行安装参数的优化选取, 提出一种辨识旋转轴4项位置和6项运动误差的方法。最后, 在四轴数控加工中心上进行了测量和验证实验, 该方法可辨识出全部的几何误差项, 通过对几何误差计算出的预测值和球杆仪的测量值的比较, 预测值的绝对误差小于0. 003 mm, 具有辨识精度高、测量省时的优点。     

采用波束形成和传递路径分析的室内噪声源评价

在室内噪声控制中,由于噪声源数量多且室内声场复杂,造成噪声源评价困难。提出一种室内噪声源评价方法：首先根据声源可能存在的位置进行区域划分,然后在各区域内利用波束形成方法进行声源定位,找到该区域A计权声压级最大的噪声源。再将各主要声源对噪声评价位置进行传递路径分析,计算各声源对该位置的贡献量。最后通过传递路径分析合成的噪声与该位置实际所测噪声的误差分析判断主要声源识别的有效性。仿真研究表明该方法能有效降低室内混响对声源定位的影响,减小传递路径方法的工作量,便于找到对评价位置影响最大的主噪声源。     

基于视差空间运动估计的高精度立体视觉定位

立体视觉定位算法的运动估计通常在3D欧式空间中进行,但由于特征点3D坐标的噪声各向异性且分布不均匀,3D重建在深度方向上比另两个方向上的准确性差,从而导致3D欧式空间运动估计精确不高.本文提出了一种新的基于视差空间运动估计的高精度立体视觉定位算法.算法首先采用视差空间4点闭环线性解法和RANSAC算法得到初始鲁棒运动估计和匹配内点.接着,利用新的视差空间再投影误差函数提出了基于LM算法的视差空间运动参数非线性优化方法,对初始运动参数进一步优化.视差空间噪声分布均匀且各向同性,本文的初始运动参数线性估计和非线性优化都在视差空间中进行且能达到全局最小.仿真实验和真实实验结果表明,本文算法能得到高精度的立体视觉定位结果,优于传统的3D欧式空间运动估计方法.     

多路分离式PID模数混合主动噪声控制技术研究

针对机电产品具有的多谐频噪声特性,提出一种多路分离式模拟滤波与数字PID相位自动跟踪相结合的模数混合主动噪声控制方法,消声实验结果表明该方法在多谐频管道噪声消除中稳定有效。针对目前三维声场主动噪声控制工程应用难的状况,提出利用通风道或窗结构将三维声场聚声为一维声场实现主动噪声控制的工程技术并以干式变压器为对象进行探索研究。     

三维空间有源消声的一种通用优化方法

本文根据声源辐射理论、声场叠加原理以及测得的声功率大小与所选取的测量面无关这一特点,提出了一种通过最小化初级声源和次级声源总的声功率对三维空间噪声的主动控制进行优化的数值方法。文中采用边界元近似,将总的声功率表示成次级声源复强度的二次型正实函数。本优化方法是Bullmore 等人提出的解析方法的推广,具有广泛的适用性,可用于设计初级声源在各面元上的声压可知、次级声源到各面元上的声传播可确定的任何场合下控制器优化传递函数。计算过程中仅用了几次复矩阵乘法和一组复系数线性方程组的求解,因此计算简便、速度较快。文中采用这种方法对圆柱壳和无幕活塞辐射器这两种具有典型指向特性的分布初级声源辐射噪声的优化控制问题进行了研究,说明了方法的有效性。文中还给出了实验验证结果。     

有限长圆柱壳结构水下声辐射有源控制实验

以水下有限长圆柱壳为对象,实验研究水下结构声辐射有源控制。实验中通过引入次级力源,以单个或两个误差点处的声压最小为目标函数,分析次级激振器和误差传感器布放（位置和数目）以及激励频率对控制效果的影响。结果表明：有源控制能够有效控制水下圆柱壳线谱噪声;增加次级激振器和误差传感器的数目,能够增大降噪区域;有源控制在3 000 Hz高频处对壳体噪声控制依然有效。有源控制能够对多线谱信号激励壳体辐射噪声产生抑制作用。     

基于压电智能材料的自适应吸声实验研究

提出了用压电材料进行水下主动宽带低频吸声的方法,用PVDF复合智能材料作为主动吸声系统中的吸声材料,在滤波-X LMS算法基础上,研究了一种在工程中实现简便的次级通道建模方法——通道时延估计法。构建了数字时延控制系统,直接从实际声场中分离入射声波与反射声波作为控制系统的参考信号和误差信号,在脉冲声管中进行了管道声有源吸声控制实验。实验结果表明,在施加控制的情况下PVDF压电智能材料能有效地对低频入射声进行吸收。     

基于方程误差法的IIR滤波有源噪声控制算法

在前馈有源噪声控制系统中会存在声反馈现象:次级声源产生的声信号反馈至参考传感器处。采用IIR滤波器能更好匹配有零极点的最优解,减弱声反馈影响。为克服FvLMS算法全局收敛性差的缺陷,提出采用比方程误差法(EEM)的计算量更小的EEM-FvLMS算法。在考虑声反馈的情况下,进行基于FvLMS算法和EEM-FvLMS算法的有源噪声控制仿真实验。仿真结果表明:对于窄带噪声,EEM-FvLMS算法性能更优;对于风机噪声,FvLMS算法与EEM-FvLMS算法性能相当;对于FvLMS算法不能控制的误差信号中的干扰信号,EEM-FvLMS算法也能有效控制。     

双层插值NAH噪声源定位方法研究

针对近场声全息(near-fieldacousticholography,NAH)在实际测量环境下降低环境噪声的影响且保证全息面上声压重建精度的需求,基于空间面积分声压重建理论,在基于等效源法的近场声全息方法(near-field acoustic holography based on equivalent sour...     

基于超声相控技术的船舶吃水测量方法

为了解决内河船舶因超吃水引起的通航阻塞以及船舶安全问题,提出一种基于超声相控技术的船舶吃水测量方法。以超声相控技术为理论基础,通过控制一维线型超声相控阵列换能器发射聚焦声波,实现对目标船舶的相控扫描,获取各扫描点的回波信号;利用匹配滤波算法对回波信号进行滤波,改善信噪比;利用阈值法提取回波信号的时延;利用渡越时间法,计算出扫描点到各发射振元中心的距离,利用双曲交汇法计算出扫描点的空间坐标;分析回波信号幅值和扫描点位置坐标即可得到船舶吃水深度。为验证方法的可靠性,搭建了小比尺船模吃水测量实验系统,分析了110~140 mm不同吃水深度下的实验结果,计算了实际吃水与测量吃水间的相对误差。实验结果表明,使用匹配滤波法处理后的回波信号信噪比从15.26 dB提高至36.39 dB,实验时,最大相对误差出现在船舶实际吃水130 mm时,绝对误差为2.3 mm,相对误差为1.7%。     

Pitfalls of using a single criterion for selecting experimental designs

For surrogate construction, a good experimental design (ED) is essential to simultaneously reduce the effect of noise and bias errors. However, most EDs cater to a single criterion and may lead to small gains in that criterion at the expense of large deteriorations in other criteria. We use multiple criteria to assess the performance of different popular EDs. We demonstrate that these EDs offer different trade‐offs, and that use of a single criterion is indeed risky. In addition, we show that popular EDs, such as Latin hypercube sampling (LHS) and D‐optimal designs, often leave large regions of the design space unsampled even for moderate dimensions. We discuss a few possible strategies to combine multiple criteria and illustrate them with examples. We show that complementary criteria (e.g. bias handling criterion for variance‐based designs and vice versa) can be combined to improve the performance of EDs. We demonstrate improvements in the trade‐offs between noise and bias error by combining a model‐based criterion, like the D‐optimality criterion, and a geometry‐based criterion, like LHS. Next, we demonstrate that selecting an ED from three candidate EDs using a suitable error‐based criterion helped eliminate potentially poor designs. Finally, we show benefits from combining the multiple criteria‐based strategies, that is, generation of multiple EDs using the D‐optimality and LHS criteria, and selecting one design using a pointwise bias error criterion. The encouraging results from the examples indicate that it may be worthwhile studying these strategies more rigorously and in more detail. Copyright © 2007 John Wiley & Sons, Ltd.