[發(fā)明專利]用于有源減振系統(tǒng)傳感器與作動器數量位置同時優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010616726.3
• 申請日: 2020-06-30
• 公開（公告）號: CN111552187B
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設計）人: 馬遜軍;周劉彬;雷成友;聶修逸;張翰欽
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七一九研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 劉芳

1.一種用于有源減振系統(tǒng)傳感器與作動器數量位置同時優(yōu)化方法，其中有源振動系統(tǒng)包括m個傳感器和p個作動器，其特征在于，具體過程為：

步驟1，目標函數設計：

建立艦船有源減振系統(tǒng)的數學模型，基于數學模型設計優(yōu)化所需的目標函數；步驟2，振動測量與系統(tǒng)辨識:

通過測量獲得振動系統(tǒng)各傳感器處的控前結構響應信號，并通過開環(huán)激勵獲得各作動器至各傳感器的控制通道頻率傳遞函數；

步驟3，遺傳算法迭代優(yōu)化：

基于目標函數構建適應度函數，從振動系統(tǒng)中選取n個傳感器和q個作動器進行遺傳算法迭代，根據所述控制通道頻率傳遞函數，計算當前次迭代對應的適應度函數，若當前次與上次迭代的適應度函數滿足設定要求，則將此次迭代所選的傳感器和作動器的數量和位置作為最優(yōu)，其中，0nm，0qp；

所述步驟1包括如下過程：

定義控制目標為所述m個測點的響應平方和，則目標函數J_m可表示為：

e_m＝d_m+G_mpu_p (1)

J_m＝e_m^He_m (2)

其中，e_m是控制后的結構響應信號；d_m是控前結構響應信號；u_p是控制量；G_mp為控制通道頻率傳遞函數；

通過最小化控制目標得最優(yōu)控制量為：

u_p,opt＝-(G_mp^HG_mp)^-1G_mpd_m (3)

則全系統(tǒng)目標函數的最小值表示為：

J_m,min＝(d_m+G_mpu_p,opt)^H(d_m+G_mpu_p,opt) (4)

利用n個傳感器來代替之前的m個傳感器，0nm，用q個作動器代替之前的p個作動器，0qp，則此傳感器縮減集位置處測得的誤差信號向量可表示為：

e_n＝d_n+G_nqu_q (5)

其中，e_n是傳感器縮減集測得的控后振動，d_n是傳感器縮減集處的控前響應；u_q是作動器縮減集控制量；G_nq是傳感器縮減集的控制通道頻率傳遞函數；

此時縮減系統(tǒng)目標函數可表示為：

J_n＝e_n^He_n (6)

由最優(yōu)控制理論可得作動器縮減集最優(yōu)控制量為：

u_q,opt＝-(G_nq^HG_nq)^-1G_nqd_n (7)

式中，u_q,opt即為用q個作動器控制n個傳感器時的最優(yōu)控制量；

將作動器縮減集最優(yōu)控制量(7)帶入式(2)，根據作動器縮減集獲得的全系統(tǒng)目標函數最小值表示為：

所述步驟3基于目標函數構建適應度函數為：

將全系統(tǒng)目標函數加入對傳感器與作動器數量的加權項，基于目標函數構建適應度函數為：

Fitness＝(d_m+G_mqu_q,opt)^H(d_m+G_mqu_q,opt)+ω₁q+ω₂n

其中，d_m是控前結構響應信號，G_mp為控制通道頻率傳遞函數，G_mq為G_mp的頻率傳遞函數頻響矩陣縮減集，ω₁和ω₂分別為選中的作動器數量q與傳感器數量n的加權系數；

所述設定要求為：相鄰兩次迭代的適應度函數之差的絕對值 小于設定閾值。

2.根據權利要求1所述用于有源減振系統(tǒng)傳感器與作動器數量位置同時優(yōu)化方法，其特征在于，對傳感器與作動器進行二進制編碼，設定選中編碼為“1”，反之為“0”，利用遺傳算法對二進制編碼進行迭代優(yōu)化，包括初始種群生成、適應度檢測、選擇、交叉和變異操作。