多通道主动隔振方法研究

发布时间：2020-02-01 22:10

【摘要】：随着精密仪器、航天器、舰船等对振动环境要求的提高，隔振要求日趋严格，被动隔振已经不能满足高性能隔振的要求，特别在低频段，被动隔振效果不理想，不能适应外界振动特性的变化，然而具有良好中低频隔振能力的主动隔振方法能弥补这个缺陷。通常，主动隔振和被动隔振相结合，被动隔振抑制中、高频，主动隔振对中、低频实施振动控制。多通道主动控制较单通道控制具有更大的灵活性与控制能力，多通道主动控制通过将多个作动器并行工作对系统进行全局的振动控制，，控制过程具有快速平稳、全局性强等优点，应用前景广泛。但是，在多通道隔振方法的实际运用中，一些因素制约着它的最终控制效果，如通道串扰。本文在已有研究的基础上，以四个作动器耦合的多通道主动隔振系统为研究对象，对作动器在特定频率因交叉干扰而控制失效的问题进行分析，通过改变控制侧重点改进主动控制方法，抑制通道串扰来解决串扰引发的振动失效问题。第一章介绍了振动主动控制的研究背景和现状，对比主、被隔振的特点交待主动控制的相对优势，最后从多通道振动主动控制的发展现状引出本文研究的内容。第二章讨论构建控制模型的主动控制算法。自适应滤波器是算法得以实施的基础，通过滤波器从输入信号中提取可用信息，进行权系数的更新得到控制指令；逼近维纳解，实现自适应控制；对比几种典型的LMS算法，选择符合隔振要求的算法。第三章研究了主动隔振模型的构建方法，并分别基于Markov递推模型和频响函数模型总结了两种主动控制方法，仿真结果均验证了主动控制方法的有效性。在归一化LMS、在线频率估计、跟踪滤波的基础上建立单通道控制模型，并以三自由度的振动模型为对象进行仿真，验证主动隔振方法的有效性；分别构建了Markov递推模型和频响函数模型，以四个作动器耦合的多通道控制模型为仿真对象，验证了多通道主动隔振方法的有效性。最后讨论了影响主动控制效果的因素，如算法自身缺陷、作动器的时滞性、通道饱和及交叉串扰等。第四章讨论了主动隔振的通道串扰造成控制失效机理，并从数学角度分析了常规分散控制算法的弊端，即存在正反馈串扰时作动器输出过大的主动力削弱了其它作动器的控制作用；改进方法将抑制重点从本地干扰抑制转为兼顾本地干扰与交叉干扰，并提出改进的控制算法公式。基于两个作动器耦合的多通道模型验证了改进方法在抑制串扰正反馈方面的有效性。第五章以四个作动器耦合的主动隔振悬浮系统为仿真对象，重点探讨了不同的多通道主动隔振方法对控制效果的影响和改进方法对通道串扰的抑制。通过仿真验证了常规分散控制方法的有效性；在存在正反馈串扰的频段，仿真得出振动恶化时各作动器的控制状态；振动恶化的频率处，实施改进的交叉控制方法，验证了改进方法能极大抑制作动器间交叉串扰，达到全局控制目标。第六章进一步用实验验证改进方法对通道串扰的良好效果，证明改进方法具有实用价值。实验对象为四个作动器的主动隔振系统，加速度传感器、信号放大器和数据采集模块将响应数据传递到控制器；输出信号经过采集模块、功率放大器驱动电磁作动器，产生算法预设的主动力来控制振动系统的振动响应。整个实验过程尽可能的考虑到了实际环境和应用局限性，能很好地适用于突变干扰的工程环境。第七章对论文工作进行了总结，指出了创新点，并展望了多通道主动控制算法需要进一步研究的工作。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB535.1

【参考文献】