[發(fā)明專利]一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法

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• 申請日: 2020-02-05
• 公開（公告）號: CN111274658A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊藝;陳龍;劉昌寧;楊曉峰;沈鈺杰;劉雁玲
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/20;G05B17/02;G06N3/00;G06F119/14
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1.一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：在不影響分析結(jié)果的前提下，將整個設(shè)備系統(tǒng)拆分為多個單元設(shè)備系統(tǒng)，對單個單元設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行后續(xù)分析；

步驟2：假設(shè)單元設(shè)備系統(tǒng)通過接地結(jié)構(gòu)固定于地面，接地結(jié)構(gòu)由彈簧、阻尼、慣容器三元件構(gòu)成；設(shè)備通過隔振層與基底相連，振動源通過基底將振動傳送到隔振層上；

步驟3：用動力學(xué)方程表示單元設(shè)備系統(tǒng)模擬接地模型；

步驟4：以設(shè)備在垂直振動方向上的振動行程對基底位移的傳遞函數(shù)G_I(s)，以及設(shè)備在垂直振動方向上的振動加速度對基底位移的傳遞函數(shù)G_II(s)為優(yōu)化目標(biāo)，采用智能優(yōu)化算法分別對接地結(jié)構(gòu)和隔振層的速度型阻抗表達(dá)式的系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)且時，停止優(yōu)化其中，G_I-m表示設(shè)備在垂直振動方向上的振動行程對基底位移傳遞函數(shù)G_I(s)的m階優(yōu)化傳遞函數(shù)，G_II-n表示設(shè)備在垂直振動方向上的振動加速度對基底位移傳遞函數(shù)G_II(s)的n階優(yōu)化傳遞函數(shù)，即接地結(jié)構(gòu)的階數(shù)為m，隔振層的階數(shù)為n，m、n均為正整數(shù)，且m≤M，n≤N，M為接地結(jié)構(gòu)所允許的最大階數(shù)，N為隔振層所允許的最大階數(shù)；

步驟5：優(yōu)化后分別得到含有具體數(shù)值的接地結(jié)構(gòu)的速度型阻抗表達(dá)式Y(jié)′(s)和隔振層的速度型阻抗表達(dá)式T′(s)，判斷Y′(s)、T′(s)是否滿足約束條件，若滿足，則繼續(xù)步驟6；若不滿足約束條件，則返回步驟4，繼續(xù)優(yōu)化Y(s)、T(s)的系數(shù)，直到滿足該約束條件；

步驟6：將接地結(jié)構(gòu)下放到隔振層，并采用主動或半主動的控制方式使得控制結(jié)構(gòu)模擬實現(xiàn)接地結(jié)構(gòu)的效果，確保控制結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力與接地結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用力一致；

步驟7：根據(jù)串并聯(lián)結(jié)構(gòu)的速度型阻抗表達(dá)式的基本定律，通過帶有具體數(shù)值的速度型阻抗表達(dá)反推求解得到控制結(jié)構(gòu)和隔振層各元件之間的連接關(guān)系，從而得到控制結(jié)構(gòu)和隔振層的具體物理結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟2中的接地結(jié)構(gòu)的速度型阻抗表達(dá)式Y(jié)(s)表示為其中i＝1,2,…，表示第i個機械元件，F(xiàn)為函數(shù)符號，c_ki為第i個接地結(jié)構(gòu)的阻尼系數(shù)，k_ki為第i個接地結(jié)構(gòu)的彈簧剛度，q_ki為第i個接地結(jié)構(gòu)的慣性元件的系數(shù)，s為復(fù)變數(shù)，s＝σ+jω，σ表示復(fù)變數(shù)s的實部，ω表示復(fù)變數(shù)s的虛部，j為虛數(shù)單位。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟3中的動力學(xué)方程為：其中，m_s為設(shè)備的質(zhì)量，z₀表示基底位移，即為振動輸入信號，z₁表示隔振層位移，z₂表示設(shè)備位移，則隔振層位移z₁＝z₂-z₀。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟4中設(shè)備在垂直振動方向上的振動行程對基底位移的傳遞函數(shù)G_I(s)為：設(shè)備在垂直振動方向上的振動加速度對基底位移的傳遞函數(shù)G_II(s)為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟4中的智能優(yōu)化算法可采用改進(jìn)魚群算法，或者遺傳算法，或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，或者量子算法，或者粒子群算法，或者蟻群算法以及它們的混合算法。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟5中的約束條件為：當(dāng)復(fù)變數(shù)s的虛部等于0時，即Im(s)＝0時，Im[Y′(s)]＝0且Im[T′(s)]＝0；且當(dāng)復(fù)變數(shù)s的實部大于等于0時，即Re(s)≥0時，Re[Y′(s)]≥0且Re[T′(s)]≥0；其中，Im為復(fù)數(shù)中的虛數(shù)部位簡稱，Re為復(fù)數(shù)中的實數(shù)部位簡稱。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于虛擬接地控制及結(jié)構(gòu)協(xié)同優(yōu)化的控制方法，其特征在于，所述步驟6中的控制結(jié)構(gòu)的速度型阻抗表達(dá)式K(s)與Y′(s)之間滿足：