[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于時(shí)滯補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)洞支桿抑振方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710548814.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107340116B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉巍;姜雨豐;張家昆;袁曉晶;劉惟肖;魯繼文;周孟德;劉昱;王世紅;賈振元
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M9/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M9/00;G01M9/08
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專(zhuān)利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

1.一種基于時(shí)滯補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)洞支桿抑振方法，其特征是，該方法采用錘擊法對(duì)支桿式風(fēng)洞模型懸臂梁系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試獲得系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù)；采用線(xiàn)性二次高斯控制算法計(jì)算狀態(tài)反饋增益矩陣；根據(jù)觀測(cè)輸出采用卡爾曼濾波器估計(jì)系統(tǒng)的全部狀態(tài)；李薩如圖形分析振動(dòng)控制中加速度傳感器與壓電作動(dòng)器激勵(lì)信號(hào)的相位差；在控制器中編制移相算法程序做時(shí)滯補(bǔ)償，最終實(shí)現(xiàn)主動(dòng)振動(dòng)控制；方法的具體步驟如下：

步驟一 搭建基于時(shí)滯補(bǔ)償?shù)娘L(fēng)洞支桿抑振系統(tǒng)

將加速度傳感器(1)按要求安裝在飛行器模型(8)上，壓電作動(dòng)器(10)安裝在支桿(9)的尾端；連接支桿(9)和飛行器模型(8)；將支桿(9)與攻角調(diào)整裝置(11)固定連接；將數(shù)據(jù)采集卡(5)安裝在計(jì)算機(jī)(4)主板上；連接加速度傳感器(1)和數(shù)據(jù)采集卡(5)；分別依次連接計(jì)算機(jī)(4)、控制器(6)、功率放大器(7)和壓電作動(dòng)器(10)；將激振器(3)放置在飛行器模型(8)下方，并將信號(hào)發(fā)生器(2)與激振器(3)連接；

步驟二 支桿式風(fēng)洞模型懸臂梁系統(tǒng)模態(tài)分析

利用錘擊法采集支桿式風(fēng)洞模型懸臂梁系統(tǒng)的自由振動(dòng)數(shù)據(jù)，對(duì)所采得的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，得到振動(dòng)系統(tǒng)的一階固有頻率與自身阻尼，計(jì)算出頻響函數(shù)并變換成狀態(tài)空間矩陣函數(shù)；頻響函數(shù)形式如下：

一階微分方程組的一般形式為：

其中,因此，將微分方程組寫(xiě)為矩陣形式：

狀態(tài)變量組構(gòu)成的列向量稱(chēng)為狀態(tài)向量，記為，

因此，系統(tǒng)又可以縮寫(xiě)為狀態(tài)微分方程的形式，

其中，A為系統(tǒng)矩陣，B為控制矩陣；

系統(tǒng)的輸出方程表示為：

y＝Cx+Du (6)

其中，C為輸出矩陣，D為前饋矩陣；

綜合式(5)、(6)得到描述系統(tǒng)狀態(tài)的全部信息，即系統(tǒng)狀態(tài)空間，記為∑(A，B，C，D)；

步驟三 采用LQR算法計(jì)算狀態(tài)反饋增益矩陣

由LQR算法，計(jì)算系統(tǒng)狀態(tài)空間的狀態(tài)反饋增益矩陣K，即

K＝lqr(A,B,Q,R)＝[k_p,k_d] (7)

其中，Q為性能指標(biāo)函數(shù)對(duì)于狀態(tài)量的權(quán)陣，R為控制量的權(quán)陣，lqr(A,B,Q,R)為輸入為A,B,Q,R的LQR算法函數(shù)，k_p為PD控制的比例反饋系數(shù)，k_d微分反饋系數(shù)；

步驟四 李薩茹圖形計(jì)算相位差，獲取時(shí)滯量

利用激振器在一階固有頻率處對(duì)支桿式風(fēng)洞模型懸臂梁系統(tǒng)進(jìn)行振動(dòng)激勵(lì)，使用上述的LQG控制算法進(jìn)行振動(dòng)抑制，振動(dòng)抑制過(guò)程中通過(guò)壓電作動(dòng)器上的應(yīng)變位移傳感器獲取壓電作動(dòng)器的作動(dòng)信號(hào)，同時(shí)通過(guò)安裝在模型上的加速度傳感器獲取模型的振動(dòng)加速度信號(hào)；由于作動(dòng)器上的應(yīng)變位移傳感器檢測(cè)到的是位移信號(hào)，模型上加速度傳感器檢測(cè)到的加速度信號(hào)是位移信號(hào)的二次微分，在相位上經(jīng)過(guò)二次微分導(dǎo)致超前180°，需要將加速度信號(hào)向后移動(dòng)180°；

原始加速度信號(hào)為：

H(ω)＝A(ω)*e^(j*phi) (8)

則信號(hào)后移180°的加速度信號(hào)為

R(ω)＝A(ω)*e^(j*(phi+180°)) (9)

從李薩茹圖形上提取一階振動(dòng)模態(tài)的相位差；通過(guò)分析比較圖形中的橫縱坐標(biāo)值獲取相位差為θ；

利用構(gòu)建的相位與時(shí)滯量的關(guān)系，計(jì)算對(duì)應(yīng)的時(shí)滯量為Δt秒；

Δt＝mθ (10)

其中，m為時(shí)滯量-相位增益系數(shù)；

步驟五 基于時(shí)滯補(bǔ)償主動(dòng)振動(dòng)控制算法

在MATLAB Simulink中設(shè)計(jì)時(shí)滯補(bǔ)償算法；首先計(jì)算時(shí)滯采樣數(shù)：

其中，T_s為采樣周期；

將原有的數(shù)字式PD算法u(k)＝k_pe(k)+k_d[e(k)-e(k-1)]，改進(jìn)為：

u(k)＝k_pe(k-n)+k_d[e(k)-e(k-n-1)] (12)。