基于压电驱动的微振动主动减振控制系统研究
发布时间：2021-01-16 02:55
本文以压电陶瓷促动器构建并联六自由度减振平台,采用NI Compact-RIO实时控制系统和Fx-LMS自适应控制算法进行振动主动控制,对次级通道辨识方法和主动控制算法进行了模拟仿真,并搭建主动减振控制系统进行实验验证。仿真与实验结果表明,设计的主动减振控制系统对于7～50 Hz范围内的低频微振动有很好的控制效果。
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(10)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Fx-LMS自适应控制算法
主动减振控制系统中次级通道的存在是影响控制系统性能的一个关键因素,它直接影响控制系统的收敛性和控制的有效性。对次级通道的辨识过程可在线进行,也可离线进行。但在线辨识实现过程比较复杂,当滤波器阶数(S(z)向量长度)较高时,计算量大,辨识缓慢,因此工程上通常对S(z)进行离线辨识[13-14]。离线辨识原理如图2所示,其原理是将基座输入x(n)置0,促动器产生振动控制信号u(k)使系统振动,其中u(k)为简谐信号或白噪声信号,y(k)为促动器的控制输出引起的负载响应,y′(k)为滤波器 S ^ (z)的输出信号,两者相减得到偏差信号e′(k),当e′(k)趋于稳定,V(k+1)=V(k)+2μ1e′(k)U(k)将收敛于稳态解V=[v0,v1,…,vm]T,权向量V为离线辨识出来的次级通道参数,即模型参数,其中U(k)=[u(k),u(k-1),…,u(k-m)]T,μ1为系统辨识过程中的迭代因子。1.3 主动减振控制算法仿真研究
主动减振控制系统对控制系统硬件的响应速度和实时性有较高要求,控制系统反应速度要求达到0.05 ms以下,本文选择NI的分布式测量与控制系统Compact-RIO设备作为核心控制部件,其固件主要包含:I/O模块、可重新配置的现场可编程门阵列(FPGA)的机箱、实时控制器。控制系统的处理器内核667 MHz,通信可配置40 MHz,最快处理速度可达到40 ns,FPGA处理能力和处理速度能有效满足主动减振控制系统对实时性的要求,控制系统配置1个两通道的NI-9250 A/D采集输入模块实现基础激励和平台振动响应信号采集,同时配备2个四通道的NI-9263D/A输出模块,可实时输出主动控制量,驱动压电促动器作用实现平台主动减振控制功能。图4 主动减振控制算法仿真
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Stewart平台微振动主动控制分析与实验[J]. 李乔博,王超新,黄修长,张志谊. 噪声与振动控制. 2016(03)
[2]ESRF-type lattice design and optimization for the High Energy Photon Source[J]. 徐刚,焦毅,彭月梅. Chinese Physics C. 2016(02)
[3]Synchrotrons radiation stability measurement and improvement[J]. Tang Siwei1,2 Yin Chongxian1 Liu Dekang1 1Shanghai Institute of Applied Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800,China 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Nuclear Science and Techniques. 2012(01)
[4]舰船动力装置振动主动控制技术研究[J]. 杨铁军,靳国永,李玩幽,刘志刚,张文平,王芝秋. 舰船科学技术. 2006(S2)
本文编号：2980020
【文章来源】：原子能科学技术. 2020,54(10)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
Fx-LMS自适应控制算法
主动减振控制系统中次级通道的存在是影响控制系统性能的一个关键因素,它直接影响控制系统的收敛性和控制的有效性。对次级通道的辨识过程可在线进行,也可离线进行。但在线辨识实现过程比较复杂,当滤波器阶数(S(z)向量长度)较高时,计算量大,辨识缓慢,因此工程上通常对S(z)进行离线辨识[13-14]。离线辨识原理如图2所示,其原理是将基座输入x(n)置0,促动器产生振动控制信号u(k)使系统振动,其中u(k)为简谐信号或白噪声信号,y(k)为促动器的控制输出引起的负载响应,y′(k)为滤波器 S ^ (z)的输出信号,两者相减得到偏差信号e′(k),当e′(k)趋于稳定,V(k+1)=V(k)+2μ1e′(k)U(k)将收敛于稳态解V=[v0,v1,…,vm]T,权向量V为离线辨识出来的次级通道参数,即模型参数,其中U(k)=[u(k),u(k-1),…,u(k-m)]T,μ1为系统辨识过程中的迭代因子。1.3 主动减振控制算法仿真研究
主动减振控制系统对控制系统硬件的响应速度和实时性有较高要求,控制系统反应速度要求达到0.05 ms以下,本文选择NI的分布式测量与控制系统Compact-RIO设备作为核心控制部件,其固件主要包含:I/O模块、可重新配置的现场可编程门阵列(FPGA)的机箱、实时控制器。控制系统的处理器内核667 MHz,通信可配置40 MHz,最快处理速度可达到40 ns,FPGA处理能力和处理速度能有效满足主动减振控制系统对实时性的要求,控制系统配置1个两通道的NI-9250 A/D采集输入模块实现基础激励和平台振动响应信号采集,同时配备2个四通道的NI-9263D/A输出模块,可实时输出主动控制量,驱动压电促动器作用实现平台主动减振控制功能。图4 主动减振控制算法仿真
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Stewart平台微振动主动控制分析与实验[J]. 李乔博,王超新,黄修长,张志谊. 噪声与振动控制. 2016(03)
[2]ESRF-type lattice design and optimization for the High Energy Photon Source[J]. 徐刚,焦毅,彭月梅. Chinese Physics C. 2016(02)
[3]Synchrotrons radiation stability measurement and improvement[J]. Tang Siwei1,2 Yin Chongxian1 Liu Dekang1 1Shanghai Institute of Applied Physics,Chinese Academy of Sciences,Shanghai 201800,China 2Graduate University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China. Nuclear Science and Techniques. 2012(01)
[4]舰船动力装置振动主动控制技术研究[J]. 杨铁军,靳国永,李玩幽,刘志刚,张文平,王芝秋. 舰船科学技术. 2006(S2)
本文编号：2980020
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