[發明專利]一種疲勞試驗機周期波形的諧波控制方法

有效

• 申請號: 201810960074.8
• 申請日: 2018-08-22
• 公開（公告）號: CN109324502B
• 公開（公告）日: 2020-01-07
• 發明（設計）人: 陳章位;李潮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B11/42
• 分類號: G05B11/42
• 代理公司: 33200 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 黃歡娣;邱啟旺

本發明公開了一種用于疲勞試驗機的周期波形的諧波控制方法，該方法采集輸出波形，并進行諧波幅值相位的估計，根據當前的估計結果，通過諧波控制器對下一幀輸入波形進行修正，以此不斷迭代修正；本發明基于頻域諧波控制，避免了時域建模誤差，通過迭代控制，對周期波形的各階諧波的幅值相位做精確的控制，提高了高頻段的波形跟蹤精度，彌補了傳統PID控制頻寬不足的缺點；本發明還針對方波的吉布斯現象，采用單純形的優化方法對方波的各階諧波幅值和相位進行預處理優化，合成最優的近似方波并使階躍處不會產生超調。

技術領域

本發明涉及疲勞試驗機控制領域，具體涉及一種周期波形的諧波控制方法。

背景技術

疲勞試驗機是用來測試各種材料(如金屬、非金屬、復合材料等)、機械零件和工程結構等疲勞性能的儀器。疲勞試驗機主要是研究試件在循環應力作用下的疲勞性能，其常用波形主要有正弦波、三角波、方波、梯形波等周期波形。

現有的控制策略主要是基于PID控制。針對正弦波，已有很多前饋的幅值和相位控制補償的算法。而三角波和方波的控制仍然主要是基于PID控制，其頻寬范圍有限，波形跟蹤精度較差。由于三角波和方波的頻譜是線譜，時域建模誤差相對頻域建模較大，即便用自適應逆前饋補償算法，三角波和方波的跟蹤性能都不夠理想。因此，本發明提出一種基于頻域的諧波合成方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種疲勞試驗機周期波形的諧波控制方法。

本發明采用如下技術方案：一種周期波形的諧波控制方法，該方法采集輸出波形，并進行諧波幅值相位的估計，根據當前的估計結果，通過諧波控制器對下一幀輸入波形進行修正，以此不斷迭代修正；其中，諧波幅值相位的估計方法如下：

設x(t)為t時刻采集得到的輸出響應信號，由n個不同頻率的正弦波合成，設為：

其中，ω_i為第i階諧波頻率，A_i是第i階諧波的幅值，是第i階諧波的相位。

對于第i階頻率，根據積化和差公式得到：

其中，和是正弦信號，其頻率為ω_i的兩倍；

將I₁、I₂分別經過低通濾波器濾波，將高頻的信號和濾掉，得到其中包含了A_i、的信息。通過變換得到幅值和相位的估計：

諧波控制器的修正方法如下：

根據幅值和相位的估計，獲得幅值誤差E_A和相位誤差E_P

其中，上標k代表迭代的次數，下標i代表第i階諧波。是第k次迭代中第i階諧波的幅值誤差，是第k次迭代第i階諧波的實際響應信號的幅值估計；是第k次迭代中第i階諧波的相位誤差，第k次迭代第i階諧波的實際響應信號的相位估計；A_di為諧波控制器指令波形的幅值，諧波控制器指令波形的相位；

根據每次的幅值誤差和相位誤差對下一幀輸入波形，即諧波控制器的輸出幅值和輸出相位，進行迭代修正：

是諧波控制器在第k次迭代中第i階諧波的輸出幅值。P_i^k是諧波控制器在第k次迭代中第i階諧波的輸出相位，μ、η為修正因子，μ<1，η<1。