基于反馈FxLMS-鲁棒混合控制算法的主动隔振平台研究

为解决传统滤波最小均方差(filtered-x least mean square,FxLMS)算法在收敛速度和稳定性之间存在的矛盾,以及次级通道模型不确定性对控制收敛性能的影响,将反馈FxLMS算法和混合灵敏度鲁棒控制器相结合,提出了一种反馈FxLMS-鲁棒混合控制算法,并在工程应用中常见的主动撑杆隔振平台上对该混合算法的振动控制性能进行仿真分析和试验验证。变载荷激励及控制通道变化仿真和试验结果均表明,不同激励下各个阶段的加速度响应衰减均超过80%,且与传统的FxLMS算法相比,所提出的混合控制算法具有更快的收敛速度和更强的鲁棒性。

准零刚度磁悬浮隔振平台主动混合控制系统设计

为增强准零刚度磁悬浮隔振平台的隔振性能,减轻振源振动对隔振对象的干扰,优化其主动混合控制系统设计;改装传感器、功率放大器和驱动设备,将控制器调整至主动混合模式,调整系统电路的连接方式,完成控制硬件系统的设计;模拟准零刚度磁悬浮隔振平台工作过程,通过平台数据采集、特征提取和特征匹配等环节,检测平台被隔振对象的振动状态;测量振动状态下,测量准零刚度磁悬浮隔振平台实时电磁力,作为平台控制的初始值;在电磁理论的支持下,通过电磁力和电流控制量的计算,从主动和混合两个方面实现磁悬浮隔振平台的主动混合控制功能;测试实验结果表明:主动混合控制系统应用后,准零刚度磁悬浮隔振平台中作用在被隔振对象上的振动幅度和频率衰减率分别提高了62.34%和32.005%;在准零刚度磁悬浮隔振平台控制效果方面具有明显优势。

基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构

[目的]旨在解决现有主动隔振系统集中式控制架构可靠性低、抗风险能力弱、实时性低的问题,结合隔振系统与边缘计算研究现状,设计一种基于边缘计算的船舶大型主动隔振系统分布式控制架构。[方法]首先,分析集中式与分布式控制方法的特点;然后,对控制系统整体架构进行研究,设计系统的层次结构与整体架构,将其划分为云、边和端3个层次,并详述各层的架构设计与联系;最后,设计实验平台,通过实验测试系统的可靠性和实时性。[结果]结果表明,所设计的系统架构在突发状况下依然正常运行、稳定可靠,可将时钟同步偏差缩小到1μs,提高了系统实时性。[结论]该系统架构设计合理、高效,可有效提升隔振系统的可靠性、抗风险能力和实时性。

磁悬浮微重力隔振系统自抗扰主动控制研究

空间站中精密仪器、敏感设备及微重力实验极易受太空微振动的干扰,非接触式磁悬浮微重力隔振系统是解决微振动的重要手段之一,主动控制对其隔振效果至关重要,是研究的核心。首先,基于磁悬浮微重力隔振平台,建立系统六自由度姿态解耦模型,构建具有外激励的耦合动力学模型;然后,提出并设计基于位移控制的“观测+补偿”自抗扰主动控制器,跟踪目标信号,观测系统的总干扰并实时补偿;其次,建立主动控制的仿真模型,分析主动控制参数对磁悬浮微重力隔振系统的影响规律;最后,对主动控制系统的性能进行仿真分析。结果表明,该微重力主动控制器具有良好的一致性和隔振性能,为磁悬浮微重力隔振系统主动控制的研究提供了一定的技术和理论支持。

综合大质量偏心与弹簧横向刚度超静主动隔振平台动力学解耦控制研究

针对载荷大质量偏心和弹簧横向刚度诱发超静主动隔振平台多自由度动力学耦合问题,研究隔振平台动力学耦合特性和解耦隔振控制方法。首先,综合载荷质量偏心和弹簧横向刚度的影响建立主动隔振平台多自由度耦合动力学模型。随后,根据所建立的模型分析动力学耦合下主动隔振平台的扰动传递特性,推导耦合谐振频率与弹簧刚度、载荷质量偏心之间的解析关系。最后,给出模态空间下隔振平台动力学解耦控制方法,开发基于音圈电机的主动隔振实验平台,通过实验验证动力学模型的准确性和模态解耦隔振控制方法的有效性。

基于参考信号重建的双层隔振系统主动控制试验研究

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。

基于LPV的主动隔振平台单支腿鲁棒控制器设计

利用控制力矩陀螺(CMG)实现敏捷姿态机动控制时,保证机动过程控制输出力矩快速响应的同时,还需要保证机动到位后有效隔离CMG的机械振动以实现高稳定度姿态控制。针对控制CMG主动隔振平台,将控制CMG外框角速度作为变参数,提出单支腿主动隔振平台控制器的一种基于线性变参数(LPV)控制设计实现方法,通过与其他主动隔振控制方法性能比较分析,所提方法在兼顾敏捷姿态机动期间和机动到位后对主动隔振平台不同的力学传递要求方面有更好的性能。

动力机组双层隔振系统半主动模糊控制

针对内燃动车动力机组宽频振动特性确立双重优化目标,以磁流变阻尼器为执行器,提出一种兼顾系统稳定性和隔振效率的半主动模糊控制策略,并建立动力机组多刚体半主动控制系统进行效果验证。研究结果表明:基于半主动模糊策略控制的双层隔振系统在包括功率均衡和非均衡工况在内的宽频范围内均具有良好的隔振效果。在低频段内,该混合模糊控制系统振动烈度和力传递率与弹簧定阻尼隔振器系统基本相同;在高频段内,其振动烈度和力传递率更小,隔振性能更优,能够实现全工况的有效振动控制。

馈能式半主动悬架振动自适应最优容错控制

为有效抑制馈能式半主动悬架在不确定因素下的振动,建立悬架机电耦合动力学模型,研究悬架能量转换效率随电参数的变化规律;推导自适应最优容错控制增益,分别在时域和频域中研究悬架的隔振能力;通过构建Lyapunov方程,建立悬架自适应最优容错控制策略的鲁棒性能指标,研究关键参数对鲁棒性能指标的影响规律。研究结果表明:电参数对悬架能量转换效率影响显著,悬架在第2阶固有频率处能量转换效率较高;所提出的自适应最优容错控制策略能够在时域和频域有效抑制振动,其隔振能力明显优于被动控制和自供能模式,控制策略鲁棒性指标受发电模块电感和永磁体外径变化的影响最为显著。

形状记忆合金弹簧隔振系统主动控制实验设计

为探索振动系统在结构和参数变化时的实验现象和实验特征,基于被动隔振实验台,设计了具有弹簧温度和激振频率自动采集功能的形状记忆合金弹簧变阻尼主动控制系统,对形状记忆合金弹簧的刚度和阻尼随温度变化的振动特性进行分析。结果表明,在不同激振频率下,形状记忆合金弹簧阻尼比随着温度的升高而增大,刚度随着温度的升高而降低。通过弹簧温度自动调节对隔振系统进行控制,从而实现形状记忆合金弹簧的变频动态减振。该研究结果可用于形状记忆合金弹簧在特定载荷下的减振特性标定。

基于FPGA的主动隔振载荷检测系统的设计与实现

随着空间精密载荷对星上振动要求的提高,主动隔振载荷在对敏感载荷进行微振动抑制方面的重要性逐渐凸显。为实现低频、小振幅微振动的采集和抑制功能,以满足载荷所需的振动环境要求,本文设计了一个基于FPGA主控板卡和Qt上位机软件的检测系统。通过FPGA控制多路Δ-Σ模数转换器完成微振动信号的同步采集、指令协议的解析、PID控制算法的实现以及驱动控制信号的输出,同时设计了上位机软件实现对遥测信号的实时数显和频谱分析。系统经过集成联调,对主动隔振载荷的实时遥测功能和隔振控制性能进行了测试。结果表明,加速度幅度谱密度积分从1.73×10^(-6) g降至1.41×10^(-7) g,隔振抑制比达到-25 dB,实现了良好的微振动抑制效果,验证了本系统能够满足主动隔振载荷的微振动抑制需求。

考虑时滞效应的模糊主动隔振系统的设计与性能

为了更好地实现精密仪器的振动控制,提出基于考虑时滞效应的模糊主动控制隔振系统。该系统采用神经网络,根据当前时刻模糊控制器的输出以及平台的输出数据,实时预测下一时刻平台的运动状态,提前施加作动力对平台进行主动控制。仿真实验表明,神经网络的预测较为准确,可靠度较高且设计方案合理,能有效预测实时信号并且抑制信号的振荡。系统融合了神经网络对时滞效应的补偿作用和模糊控制器对不确定性的处理能力,可实现精密仪器振动的智能化控制。

磁悬浮控制的主动式隔振平台研究

磁悬浮隔振是一种新型的电磁力控制主动式隔振技术,在介绍磁悬浮隔振平台的基本原理基础上,分析了磁悬浮隔振的机理和特性,推导了其动态模型,论述了磁悬浮隔振控制策略,进行了隔振效果的计算机仿真,并以一个磁悬浮隔振试验装置为对象,进行了试验和测试。

Stewart平台动力学建模及鲁棒主动隔振控制

未来复杂航天器低频模态密集,其敏感载荷要求很高的指向精度和稳定度,只对航天器本体姿态控制很难满足要求。本文采用Stewart超静平台对敏感载荷进行6自由度主动隔振,建立了非线性动力学模型,并根据线性模型设计了多变量鲁棒控制器,采用DK迭代算法求解。频域分析可得Stewart平台对3～800Hz的扰动主动隔振大于25dB,仿真证明Stewart平台对10Hz谐波扰动隔振性能优于40dB,对白噪声随机扰动隔振性能优于30dB,有效抑制了微小扰动,起到了6自由度超静隔振平台作用。

Stewart并联机构主动隔振平台的非线性L_2鲁棒控制

以Stewart并联机构主动隔振平台为研究对象,提出一种非线性L_2鲁棒主动隔振控制方法.应用牛顿—欧拉方法建立了由直线音圈电机驱动的隔振平台的完整动力学模型.在模型非匹配不确定性的上界未知的情况下,充分考虑动力学模型的非线性特性、参数摄动以及未建模动态等因素对隔振控制的影响,设计了模型非匹配不确定性上界估计的调节律并推导出鲁棒主动隔振控制律.通过构造合适的存储函数,在理论上证明了系统的稳定性和满足L_2性能准则的隔振性能.仿真结果表明,该方法能有效地抑制6个方向的低频振动,得到满意的隔振性能.

新型半主动整星隔振平台及其模糊最优控制研究

为降低卫星在发射过程中受到的动态载荷,提出一种采用磁流变阻尼器的新型半主动整星隔振平台。建立隔振平台的动力学模型和柔性卫星隔振系统总体的动力学模型。将LQG最优控制和模糊控制技术相结合应用于半主动整星隔振系统,以卫星振动响应能量和作动器输入能量的加权和最小作为最优控制目标来确定最优控制力,并采用预测状态法进行时滞补偿。以最优控制力和磁流变阻尼器的实际出力作为输入变量,以磁流变阻尼器的控制电流作为输出变量设计模糊最优控制器。仿真分析结果表明:新型半主动整星隔振系统采用模糊最优控制时,在卫星轴向和横向方向上都可取得良好的振动控制效果,并且控制效果明显优于被动控制和限幅最优控制。

双层隔振主动控制仿真及误差通道辨识研究

以电磁式吸振器为振动主动控制执行机构,设计搭建了一套双层隔振主动控制模拟实验平台,并对实验平台总布局以及每个部件的选型和优化配置进行理论概述。本文通过Matlab利用x-LMS算法完成了主动控制的仿真工作,并在实验平台进行了道误差辨识实验。通过分析比较在不同频率下的所得实验结果,证明了该实验平台的实用性。

双层隔振系统主动控制的建模与仿真

针对双层隔振系统多自由度耦合振动的特性,采用隔振对象与中间质量的相对位移作为检测量,提出了一种双层隔振主动控制系统模型,并在M atlab/S imu link中建立相应功能模块,完成了双层隔振主动控制系统的仿真分析。仿真结果表明:该模型可有效实施振动控制。

超精密隔振平台主动振动控制系统设计

建立了超精密隔振平台的结构及动力学模型,设计了一种新型的双向电磁作动器,并采用PID控制算法建立了主动振动控制系统模型,经Matlab软件仿真分析表明,该系统具有良好的隔振效果。

弹性基础上的双层隔振结构声辐射的主动控制

采用阻抗导纳法建立了以弹性矩形板为基础的双层主动隔振系统数学模型。以基础向外的声辐射为控制对象,探讨不同前馈控制策略的声辐射主动控制效果。分别选取两种面向振动及两种面向声辐射的控制性能函数,考察施加控制后弹性基础的辐射声功率,并综合考虑声压分布及控制力幅值等参数对控制效果进行全面地分析比较,进而评价各控制策略的优劣。结果表明,由于结构振动的耦合作用,面向振动的控制策略会恶化某些频段基础向外的辐射声功率,而直接面向声辐射的控制策略则可能会以放大振动响应或需要大的控制力为代价。最后,还对控制力作用位置对控制效果的影响进行了探讨。