时滞加速度反馈的振动主动控制方法研究.pdfVIP

第 25卷第4期 振 动 工 程 学 报 Vo1．25No．4 2012年 8月 JournalofVibrationEngineering Aug．2012 时滞加速度反馈的振动主动控制方法研究 安 方，陈卫东 (南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室，江苏 南京 210016) 摘要 ：在采用加速度传感器的振动主动控制中，为了克服加速度信号经数值积分分别得到位移信号和速度信号时 的累积误差，并考虑系统中的输入时滞 ，基于等维法 (ReductionMethod)和输出状态导数反馈思想，提 出一种连续 时滞加速度反馈控制器设计方法 。为了在实际测控系统中便于计算机操作 ，应用积分离散化方法 ，将该连续控制器 转换为离散形式。以粘贴有压 电陶瓷和加速度传感器 的智能梁为仿真控制对象，采用该控制器控制含输入时滞的 智能梁的 自由振动系统 ，并与加速度反馈控制器控制的同一时滞系统的稳定性及控制效果作对比。仿真结果表 明， 所提时滞加速度反馈控制器具有较宽的参数稳定区间和较好 的控制效果，且当系统时滞存在较小扰动时，该控制 器对时滞量具有一定的鲁棒性。 关键词 ：振动主动控制 ；稳定性 ；输 出状态导数 ；等维法 ；时滞加速度反馈 中图分类号 ：O328；TB123 文献标识码 ：A 文章编号 ：1004—4523(2012)04—0401—10 用到实际工程系统 。但相关的控制器均基于频域设 引 言 计思想 ，无法实现多输入多输 出系统 的控制 ，在应用 上具有一定的局限性 。同一时期 ，Yang引入状态导 近2o年来 ，在计算机 、信号处理、传感器和驱动 数反馈的概念 [8]，提出了基于时域内速度一加速度 器等技术带动下 ，振动主动控制技术得到了快速发 反馈的控制器设计方法 。但此控制器仍含有速度信 展。在振动测控系统 中，常常受测量基准和条件的限 号 ，未实现控制器仅含加速度信号的加速度反馈。直 制 ，速度和位移的直接测量相对困难 ，而加速度传感 到2005年之后，Abdelaziz才应用输 出状态导数反 器因具有测量准确、频带宽、结构简单、重量轻等优 馈思想 ，实现 了基于加速度反馈 的最优控制Ⅱn]。 点[1]，已广泛应用于诸如机器人控制 、航天结构减振 但这些方法均未考虑系统中存在的时滞影响。 等相关的振动测控系统 中El,z]。基于加速度测量的振 在振动主动控制闭环 回路的信号传输过程中， 动测控系统 ，通常采用以下两种控制策略 ：(1)加速 从信号采集 、控制器运算、信号滤波、信号转换 、传输 度信号经离散积分得到速度信号 ，采用增强阻尼的 到作动器驱动 ，这一过程不可避免的存在时滞现象， 思想来设计速度反馈控制器 [3；(2)加速度信号经两 时滞 已成为控制设计 中必须考虑的因素L1。如对加 步积分分别得到位移和速度信号，应用LQR等方法 速度反馈控制而言，若系统存在输入时滞 ，则整个系 设计状态反馈控制器I3]。以上方法中，速度反馈控制 统所对应的数学模型为中立型时滞微分方程 1【引。对 带宽较窄，控制范 围有限，而基于位移一速度信号 的 于此类系统 ，如不采取适当的时滞处理措施 ，往往很 反馈 ，由于测量误差和噪声不可避免 ，经两次积分得 小的时滞就会引起系统的不稳定。在时滞处理方面， 到的位移信号存在较大累积误差L4]。因此 ，在实际振 以往的研究大都聚焦于时滞位移或时滞速度反馈控 动测控系统 中，如采用 以上两种方法 ，即使控制器设