基于自适应分数阶正位置反馈的垂尾振动主动控制

针对自适应正位置反馈(Adaptive Positive Position Feedback,APPF)控制器在控制效果与分数阶正位置反馈(Fractional Order Positive Position Feedback,FOPPF)控制器在针对摄动区间小的不足,提出一种分数阶APPF(Fractional Order Adaptive Positive Position Feedback,FOAPPF)控制器,使得控制器在控制效果提升的同时兼具强鲁棒性。基于不同参数对FOPPF控制器的影响,推导参数的最佳范围,将系统多个摄动模型的正弦扫频响应进行综合加权处理,并考虑系统远离共振频段的控制性能,构建附带约束条件的控制设计的目标函数。以粘有宏纤维复合材料(Macro Fiber Composites,MFC)的垂尾模型及其摄动模型为被控对象,设计相应的FOAPPF控制器。研究结果表明:相比FOPPF控制器,FOAPPF控制器闭环极点对参数摄动不敏感;相比APPF控制器,FOAPPF控制器的相频曲线在摄动频带内变化平缓,其控制效果受固有频率在线估计误差的影响更小;多种试验工况表明,FOAPPF控制器在不同摄动模型下均具有较好的控制效果,垂尾抖振响应均方根值至少降低了55%,且具有较好的鲁棒性,因此该控制器对垂尾结构的振动主动控制具有良好应用潜力。

正位置反馈的多模态振动主动控制实验

采用压电元件作为传感器和驱动器,基于正位置反馈技术对一个钢制挂架结构进行主动振动控制。介绍了正位置反馈控制的基本原理,阐述了其优化算法,并介绍了控制系统构成,最后对钢制挂架在扫频和窄带随机信号激励下的振动进行了主动控制实验,实验结果验证了本文所述方法可以有效地抑制挂架的多模态振动。

智能柔性构件振动改进多模态正位置反馈控制

为实现较少致动器数目下柔性构件多个振动模态的主动控制,基于力学原理及模态理论建立智能柔性构件动力学方程。在研究单模态PPF控制器性能特点及稳定条件基础上,提出考虑不同模态权重的改进多模态PPF控制器。采用根轨迹法分析系统的闭环阻尼特性确立各阶PPF控制器最佳控制参数并进行数值仿真;搭建实验平台验证相关分析及控制策略的有效性。结果表明,所提考虑模态权重的改进多模态PPF控制器利用单组致动器能有效抑制柔性梁构件的多阶振动模态、显著缩短柔性构件振动的衰减时间。实验中柔性构件的衰减时间由6 s减少为2.5 s。实现较少数目致动器下柔性构件多阶弹性模态的振动主动控制。

改进型正位置反馈/变结构卫星姿态主动控制

针对挠性卫星大角度姿态机动的振动抑制问题,提出了一种双回路鲁棒主动振动控制方法。首先,采用压电智能元件作为作动器和敏感器,通过求解一个带有线性不等式约束的最优静态输出反馈控制问题,给出了设计低阶振动模态最优正位置反馈补偿器的算法;然后,考虑到挠性结构模态不可测,给出了仅利用输出信息的自适应变结构姿态控制器设计方法,使闭环系统的轨迹渐近趋于滑动模态区,并且避免了确定不确定性和外干扰界函数上限的困难。最后,将该方法应用于挠性航天器的大角度姿态机动控制,并进行了仿真研究,结果表明,所提出的方法是可行而有效的。

用于振动抑制的正位置反馈控制及其FPGA实现

使用正位置反馈控制(PPF)对结构进行振动抑制。阐述了正位置反馈控制器的基本形式并分析了其控制机理,说明PPF控制器可以达到主动阻尼的效果,且具有较高的鲁棒性。详细分析了FPGA(可编程门阵列)平台用于主动控制的优势以及在FPGA平台上对控制器进行快速原型实现的基本流程。完成了基于FPGA的PPF控制器设计,通过同位配置的压电片作为传感和驱动元件,实现对飞机壁板其中的一个模态的振动控制。实验结果表明,使用FPGA可以实现常规控制器难以完成的高速反馈控制,且简化了控制系统,振动控制效果可达8分贝。最后根据对控制器不同阻尼比参数的选取,阐述了阻尼比对控制效果的影响。

柔性航天器饱和鲁棒正位置反馈振动控制研究

为了增强柔性航天器用正位置反馈(PPF)实现振动的主动控制的鲁棒性,在考虑作动器的控制输入限制的情况下,基于李亚普诺夫函数和线性矩阵不等式(LMI)方法设计了一种新型鲁棒PPF控制器。该控制器通过引入系统参数不确定项,将具有控制受限的优化问题转化为求解具有LMI约束的广义特征值问题,实现了闭环系统的稳定性。仿真结果表明了此种方法的有效性以及优点。

基于模糊预测位置反馈的钢带纠偏控制

针对退火涂层连续生产线活套段钢带运行易发生跑偏、对纠偏控制系统性能和可靠性要求高等现场特点,采用基于模糊控制理论与预测位置反馈相融合的控制策略,在线动态调整预测位置反馈的PPF参数,提高了电液伺服控制系统的动态响应速度与稳定性,增强了鲁棒性,优化了系统的控制性能。

6-CPS正交并联机器人位置正解分析

根据并联机器人机构结构综合理论,提出了一种6-DOF 6-CPS正交并联机器人机构,并对位置正解进行分析。以机构6条驱动腿的长度为约束条件,建立约束方程,得到了求位置正解的非线性方程组。应用产生或强化混沌系统的反馈混沌化方法——Chen-Lai算法,对离散时间系统施加反馈控制,可得到预期Lyapunov指数和良好遍历性的混沌系统。应用基于反馈混沌化的Newton迭代算法(CBNIA)求解6-CPS正交并联机器人机构正位置分析中的非线性方程组。数值验证表明,CBNIA能够快速求出全部位置正解,且正反解结果十分吻合。

一种新型3-RRPU并联机构的运动学及鲁棒控制研究

针对现有的三平移并联机构大多正解不唯一、较难实现精确稳定运动控制的问题,提出了一种新的3-RRPU型三平移并联机构,同时研究了机构的运动学、动力学及轨迹跟踪控制方法。首先,运用螺旋理论分析了该机构三平移的原理,进行了驱动输入的选取与论证,对机构平台奇异性、驱动奇异性和支链奇异性进行了分析;其次,运用运动学理论建立了运动学模型,推导了位置正、逆解析解;再次,运用拉格朗日动力学理论建立了机构操作空间的刚体动力学模型;最后,提出了一种基于非线性反馈解耦的自适应滑模轨迹跟踪控制方法,以证明其控制稳定性,并基于动力学模型对空间轨迹跟踪精度和控制力矩进行了仿真分析。研究结果表明:3-RRPU并联机构的位置正解在一般位形下具有唯一性,机构的平台奇异位形和驱动奇异位形少且无支链奇异。该轨迹控制方法可使机构在载荷20 kg、速度0.18 m/s、加速度0.12 m/s 2下,实现0.002 m以内的高精度复杂轨迹跟踪;基于Sigmoid函数的轨迹控制方法还能有效削弱控制力矩的抖振,为实现工业领域高速、高精度、高性能的三平移运动提供了新方法。

主动阻尼控制中的扩展加速度输出反馈法

正位置反馈(PPF)是一种能够显著提高结构模态阻尼的控制策略,但是这种策略在原理和应用中具有一定的局限性。本文在指出了传统的PPF控制器的优缺点基础上,提出一种扩展的加速度输出反馈控制方法AOEF,同时给出了最优AOEF控制器的设计计算方法。仿真计算和实验表明,在传感器/作动器同相的情况下,采用这种控制器的闭环系统具有无条件的稳定性,在非同相的情况下也能达到优良的控制性能。

基于不同位置小波变换的盲均衡器研究

目前引入小波变换的自适应均衡器均是将正交多小波变换放置在均衡器(前向滤波器)之前以加快收敛。以常模判决反馈均衡器(CMA-DFE)为例,根据平衡正交多小波变换是放置在前向滤波器还是反馈滤波器之前,研究了三个均衡器,即常规的基于前馈正交多小波变换常模判决反馈盲均衡器(MWT-CMA-DFE)、基于反馈正交多小波变换的常模判决反馈盲均衡器(FMWT-CMA-DFE)和基于双正交多小波变换的常模判决反馈盲均衡器(DMWT-CMA-DFE),分析了其各自的复杂度。水声信道仿真结果表明:与CMA-DFE、MWT-CMA-DFE和FMWT-CMA-DFE相比,DMWT-CAM-DFE具有更快的收敛速度和跟踪时变信道的能力,且消除了相位旋转。

航天器柔性太阳翼最优PPF主动振动抑制方法

针对采用可变速控制力矩陀螺(VSCMG)进行柔性太阳翼振动抑制问题,提出一种基于求解非光滑H∞综合问题的最优参数正位置反馈(PPF)控制方法。首先,建立考虑VSCMG和柔性太阳翼耦合的振动模型,得到了线性化的约束陀螺柔性板动力学模型,基于同位控制思想推导了以角度陀螺为测量装置的约束陀螺柔性板全阶状态空间模型。针对被控对象特性,确定最优PPF控制器的结构构型和待优化参数。进而,通过对约束陀螺柔性板全阶状态空间模型进行降阶、修正和加权处理,将PPF控制器参数优化问题转化为在PPF控制器构型约束条件下的非光滑H∞综合问题,并应用一阶下降算法进行寻优求解,实现最优PPF控制器的设计。该方法能够实现对各阶陀螺模态的独立控制,在保证快速性和鲁棒性的前提下,实现最优PPF参数的稳定高效求解。仿真结果表明,所提出的最优PPF控制方法能够快速、鲁棒地实现航天器柔性太阳翼的主动振动抑制。

一种弯曲型压电堆作动器的设计及在振动控制中的应用

提出一种弯曲型压电堆作动器并将其应用于悬臂梁主动振动控制中。新型作动器由一个压电堆和一个型金属底座和一个预压螺钉组成。该作动器的通过底座对压电堆纵向变形的约束而使底座弯曲变形产生作动弯矩。推导了新型作动器的输出作动弯矩计算公式,并将其应用于悬臂梁振动控制中,采用热弹比拟方法结合状态空间理论建立了带新型压电作动器的悬臂梁振动控制系统状态空间方程。分别应用正位置反馈和神经网络预测控制方法设计了主动振动控制系统。闭环仿真结果表明,采用所提出的新型压电堆作动器控制悬臂梁的一弯模态位移响应,应用PPF控制其幅值可降低57%,应用NNP控制其幅值可降低92%。

基于期望补偿的挠性航天器自适应鲁棒主动振动控制

针对一类粘贴有智能材料的挠性航天器进行大角度姿态快速机动中的姿态控制与振动抑制问题,提出了一种基于期望补偿的自适应鲁棒主动振动控制方法。该方法由路径规划、基于期望补偿的自适应鲁棒(DCARC)姿态控制器以及基于正位置反馈(PPF)的主动振动控制器组成。通过规划得到不易激起挠性附件振动的挠性航天器中心刚体角位置路径,利用DCARC姿态控制对规划的路径进行跟踪。采用基于期望补偿的自适应律使得回归量仅由期望路径信息计算,可减少测量噪声的影响。同时,针对机动过程中挠性附件的高频振动,采用多模态PPF主动振动控制器以增加附件阻尼。该方法不仅能提高挠性航天器大角度姿态快速机动中动态和稳态性能,而且可有效抑制挠性附件振动。数值仿真结果验证了该方法的有效性。

基于PZT和脉冲调制控制的挠性卫星振动抑制

针对推力器作为执行机构的挠性卫星大角度姿态机动时帆板的振动抑制问题,提出了伪速率(PSR)调制式喷气控制与基于压电陶瓷(PZT)材料的主动振动控制技术相结合的复合控制方法.该方法的前者是采用传统的PD控制,利用四元数和角速度作为反馈信号,并基于Lyapunov方法证明了姿态的渐近稳定和模态振动的衰减性;另外,为了减少推力器的非线性开关控制激起的挠性结构振动,采用PSR的准线性调制技术使推力器产生所需要的控制力矩的脉冲序列,从而实现大角度姿态机动控制;后者是通过设计正位置反馈(PPF)补偿器以增加结构的阻尼,进一步抑制挠性结构残余振动.数值仿真结果表明,该方法不仅能够使航天器完成对姿态的机动,而且能够抑制帆板的弹性振动.

基于LabVIEW的压电自感知执行器应用研究

在结构的振动主动控制中,采用自感知执行器能减小结构的质量和体积,真正实现同位控制。设计了一种基于时分复用解耦系统的压电自感知执行器,使压电元件在传感时隙内作为测量振动的传感器,在执行时隙内作为控制振动的执行器,在放电时隙内释放积累的驱动电荷。设计了开关时序脉冲用于控制3个时隙的切换。基于LabVIEW软件平台,采用正位置反馈控制算法,将时分复用结构的压电自感知执行器用于悬臂梁1阶模态的振动主动控制,实验结果表明达到了良好的控制效果。