[發(fā)明專利]主動(dòng)減振智能柔性結(jié)構(gòu)受控模型多通道在線辨識(shí)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710043764.9
• 申請(qǐng)日: 2007-07-13
• 公開（公告）號(hào): CN101126916A
• 公開（公告）日: 2008-02-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉錦;謝春寧;張合生;陳艷春;曹浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于壓電機(jī)敏元件的主動(dòng)減振智能柔性結(jié)構(gòu)受控模型多通道在線辨識(shí)方法，尤其涉及一種基于自適應(yīng)濾波前饋控制最小均方算法的壓電主動(dòng)減振智能柔性結(jié)構(gòu)受控模型多通道在線辨識(shí)方法。

背景技術(shù)

隨著航天技術(shù)的發(fā)展，大型柔性結(jié)構(gòu)在航天器的構(gòu)成與應(yīng)用越來越多，如太陽能帆板、大型衛(wèi)星天線、空間機(jī)械臂等，由于上述空間柔性結(jié)構(gòu)需要在長(zhǎng)期運(yùn)行期間保證很高的運(yùn)行精度，通常對(duì)振動(dòng)環(huán)境有著極為嚴(yán)格的要求，而這類結(jié)構(gòu)一般具有低剛度小阻尼，固有頻率較低和模態(tài)密集的特征，同時(shí)太空環(huán)境又無外阻，因此極易受到擾動(dòng)影響而發(fā)生振動(dòng)，且使得絕大數(shù)常規(guī)振動(dòng)控制方法難以達(dá)到控制要求。針對(duì)航空航天系統(tǒng)的性能要求和空間結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特點(diǎn)，當(dāng)前以智能材料結(jié)構(gòu)概念實(shí)現(xiàn)振動(dòng)主動(dòng)控制，由于技術(shù)的高難度和重要的應(yīng)用價(jià)值，獲得了國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域科研人員的廣泛重視，尤其以基于智能材料結(jié)構(gòu)思想構(gòu)建主動(dòng)減振智能結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)與噪聲輻射的主動(dòng)控制，形成振動(dòng)控制領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和最為活躍的一個(gè)方向，當(dāng)前研究范圍已涉及到軍事與民用的諸多領(lǐng)域。

結(jié)合主動(dòng)減振智能結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，從柔性智能結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件構(gòu)成分析，當(dāng)前壓電材料PZT/PVDF的研究應(yīng)用可以認(rèn)為是最具代表性的成果。壓電材料由于存在正逆壓電效應(yīng)，用作傳感器時(shí)，對(duì)溫度變化敏感性低、高應(yīng)變靈敏度和低噪聲是其主要特點(diǎn)；用作驅(qū)動(dòng)器時(shí)，具有低功耗、電操作、頻帶寬和力由自身內(nèi)部產(chǎn)生的特點(diǎn)，因此非常適合航空航天結(jié)構(gòu)振動(dòng)監(jiān)測(cè)與控制的需要。從控制策略角度來講，主動(dòng)減振智能結(jié)構(gòu)的控制方法幾乎涉及到現(xiàn)代控制理論的所有分支，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了多種振動(dòng)主動(dòng)控制方法，其中模態(tài)控制、極點(diǎn)配置和最優(yōu)控制方法都是基于受控結(jié)構(gòu)精確模型的振動(dòng)控制方法，因此在應(yīng)用上具有很大的局限性。目前在控制方法與控制器設(shè)計(jì)上，基于自適應(yīng)控制策略實(shí)現(xiàn)壓電智能結(jié)構(gòu)主動(dòng)減振是該研究領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展方向，其中以基于最小均方XLMS算法的自適應(yīng)濾波前饋控制方法研究獲得廣泛關(guān)注，并在實(shí)驗(yàn)中取得了較好的控制效果。

智能柔性結(jié)構(gòu)振動(dòng)自適應(yīng)濾波前饋控制方法的實(shí)質(zhì)，是首先以濾波器的形式建立受控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和控制器的數(shù)學(xué)模型，確定受控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)，再用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)求得最優(yōu)控制器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)的核心是自適應(yīng)控制算法，它根據(jù)測(cè)得的新信息實(shí)時(shí)調(diào)整控制器參數(shù)，保證控制效果始終趨于最優(yōu)。由于該控制方法存在一個(gè)確定受控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)的過程，因此必須對(duì)描述控制通道輸入輸出特性的結(jié)構(gòu)模型H₂進(jìn)行辨識(shí)，以得到識(shí)別模型H^*₂的模型辨識(shí)參數(shù)。傳統(tǒng)基于該控制方法的控制器設(shè)計(jì)過程，一般對(duì)控制通道中描述受控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型的建模過程采用離線辨識(shí)方法，但考慮到實(shí)際空間柔性結(jié)構(gòu)在軌運(yùn)行期間的物理特性變化和載荷特性漸變，將完全可能導(dǎo)致系統(tǒng)特性發(fā)生重大改變，由此基于離線辨識(shí)方法設(shè)計(jì)的控制器參數(shù)亦將產(chǎn)生較大誤差，進(jìn)而嚴(yán)重影響控制效果和控制精度。因此對(duì)自適應(yīng)濾波前饋控制器中受控結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型參數(shù)，進(jìn)行在線辨識(shí)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)的研究不僅具有實(shí)際意義，而且能夠更好地滿足控制系統(tǒng)的魯棒性和控制精度要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的，在于提供一種針對(duì)壓電主動(dòng)減振柔性智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制，并基于自適應(yīng)濾波前饋控制方法及其最小均方XLMS算法的受控結(jié)構(gòu)模型多通道在線辨識(shí)方法，該方法利用改進(jìn)的最小均方算法進(jìn)行受控結(jié)構(gòu)模型參數(shù)的在線辨識(shí)，獲得的模型參數(shù)適應(yīng)和修正多輸入多輸出方式的壓電主動(dòng)減振自適應(yīng)控制器設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了降低誤差、減少計(jì)算量、增強(qiáng)控制系統(tǒng)自適應(yīng)能力的目標(biāo)。

為達(dá)到上述目的，該發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于壓電機(jī)敏元件的主動(dòng)減振智能柔性結(jié)構(gòu)受控模型多通道在線辨識(shí)方法，其特征是直接利用壓電主動(dòng)減振柔性智能結(jié)構(gòu)試驗(yàn)平臺(tái)，在實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)受控通道模型的在線辨識(shí)；辨識(shí)過程中可以直接利用原有振動(dòng)主動(dòng)控制設(shè)備平臺(tái)而不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行任何增減和切換，實(shí)現(xiàn)了完全的在線辨識(shí)目標(biāo)；在辨識(shí)條件滿足的情況下，就可以在任何時(shí)間啟動(dòng)辨識(shí)程序，實(shí)現(xiàn)了較好的實(shí)時(shí)性；可以通過軟件設(shè)定，改變辨識(shí)參數(shù)(采集頻率、通道長(zhǎng)度等)，從而進(jìn)行比較和篩選，實(shí)現(xiàn)了辨識(shí)的靈活性，優(yōu)化了辨識(shí)結(jié)果。受控模型參數(shù)多通道在線辨識(shí)的實(shí)現(xiàn)僅需啟動(dòng)振動(dòng)主動(dòng)控制核心控制器(在本發(fā)明中采用計(jì)算機(jī)配接高速數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)成)的在線辨識(shí)程序和必要的硬件設(shè)備，其特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)。為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)特征，該方法至少包括以下步驟：

(1)屏蔽外激擾，使智能柔性結(jié)構(gòu)靜止，從而處于可辨識(shí)狀態(tài)；