圆柱壳体振动主动控制作动器位置优化方法
发布时间：2021-10-25 17:51
以圆柱壳体为研究对象,对其振动主动控制中的作动器位置优化问题进行了研究,采用可控性优化配置准则并对其进行了推导分析,利用遗传算法完成圆柱壳体内作动器位置的快速寻优。研究结果表明,优化得到的圆柱壳体内作动器布放位置能获得更佳的振动控制效果,验证了以圆柱壳体为被控结构的作动器位置优化方法的可行性,为紧凑空间结构的振动控制及振动传递抑制提供一种作动器布局优化方法。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
作动器可选布置位置编码Fig.1Optionalactuatorpositioncoding
2020年12月耿小明,等:圆柱壳体振动主动控制作动器位置优化方法第6期水下无人系统学报www.yljszz.cn653图2作动器可选位置编码展开图Fig.2Expandedviewoftheoptionalpositioncodingoftheactuator概率为0.7,变异概率为0.1。为了抑制水下航行器动力装置产生的振动向头段传递,在圆柱壳体模型一端布置激振器模拟动力装置产生的振动,另一端选一测试点布置传感器,作为控制的目标点,在此基础上进行作动器位置寻优。理论上作动器数量越多控制效果越好[13],但对于紧凑空间的水下航行器,其内部空间有限,因此对作动器数量有严格限制,文中将作动器数量设定为4,遗传算法优化求解流程如图3所示。图3基于遗传算法的作动器位置优化流程图Fig.3Flowchartofactuatorpositionoptimizationbasedongeneticalgorithm选取适应度函数为cObjPI,得到的遗传算法进化曲线如图4所示,当进化到第21代时适应度函数值收敛到最小值,即此时的作动器布置方案获得最大的目标函数值。基于遗传算法优化得到的作动器最优布置位置如图5所示。图4遗传算法进化曲线Fig.4Geneticalgorithmevolutioncurves图5圆柱壳体作动器布置图Fig.5Arrangementofactuatorsofacylindricalshell3作动器最优布局仿真和试验验证3.1仿真分析为了验证上述优化的作动器位置对圆柱壳振动的控制效果,基于MATLAB/simulink搭建振动主动控制仿真模型,设定3组不同的作动器布置方案,与优化后的作动器布置方案进行对比分析。文中的振动主动控制仿真中,在图1中激振器对应的编号为28的位置输入单频激励信号。取激励信号为振动主动控制系统的参?
主动控制效果Table3Activevibrationcontroleffectofcontrolgroupandoptimizedgroup频率/Hz幅值降低量/(mms-2)对照组1对照组2对照组3优化组5067.9966.0963.8371.9210011.9416.5714.1723.6920019.1825.0923.4424.68300–0.926.565.3416.4340010.1325.1520.3420.45500–2.130.66–0.673.92600–3.751.22–0.566.55700–9.10–5.84–7.824.01800–2.522.301.026.75900–3.05–1.46–2.082.441000–7.03–3.92–4.902.563.2试验分析振动主动控制试验系统接线图如图9所示,作动器安装图如图10所示。作动器粘贴固定于圆柱壳体的内表面,输出沿圆柱壳径向的控制力。激振器、作动器和传感器安装位置同上文。试验中利用激振器模拟水下航行器动力装置激励壳体引起的振动初级源,激励信号经功率放大器后驱动激振器激励圆柱壳体振动,加速度传感器采集振动信号输入振动主动控制器的模拟/数字(ana-loguetodigital,A/D)输入端,作为参考信号;利用另一加速度传感器检测壳体端的振动信号并作为误差信号;振动主动控制器根据输入的参考信号、误差信号,以FxLMS算法为控制算法进行自动调整自适应滤波器的各权系数得到抵消信号,该信号通过D/A转换后输入到作动器进行振动控制。图9振动主动控制试验系统接线图Fig.9Wiringdiagramofactivevibrationcontroltestsystem图10作动器安装图Fig.10Installationdrawingofactuator由于篇幅限制,只列举以50Hz单频激励信号作为激励力的振动主动控制试验结果。对于激振器产生的50Hz的单频激振力作用下,作动器位置优化组和各对照组的观测点振动响应结果如图11所示。试验结果表明,优化组的控制效
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱壳体振动主动控制中作动器的优化配置[J]. 胡泽超,何琳,李彦. 船舶力学. 2019(11)
[2]一种新型的挠性航天器作动器布局优化方案[J]. 郭延宁,王鹏宇,金珊. 飞控与探测. 2019(05)
[3]作动器最优配置的柔性结构振动主动控制[J]. 高维金,王亮,刘永光. 国防科技大学学报. 2018(01)
[4]Placement optimization of actuator and sensor and decentralized adaptive fuzzy vibration control for large space intelligent truss structure[J]. LI DongXu,LIU Wang,JIANG JianPing & XU Rui College of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]模态的可观可控度与作动器、传感器的布置[J]. 张志谊,傅志方,饶柱石. 振动与冲击. 1998(02)
本文编号：3457899
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
作动器可选布置位置编码Fig.1Optionalactuatorpositioncoding
2020年12月耿小明,等:圆柱壳体振动主动控制作动器位置优化方法第6期水下无人系统学报www.yljszz.cn653图2作动器可选位置编码展开图Fig.2Expandedviewoftheoptionalpositioncodingoftheactuator概率为0.7,变异概率为0.1。为了抑制水下航行器动力装置产生的振动向头段传递,在圆柱壳体模型一端布置激振器模拟动力装置产生的振动,另一端选一测试点布置传感器,作为控制的目标点,在此基础上进行作动器位置寻优。理论上作动器数量越多控制效果越好[13],但对于紧凑空间的水下航行器,其内部空间有限,因此对作动器数量有严格限制,文中将作动器数量设定为4,遗传算法优化求解流程如图3所示。图3基于遗传算法的作动器位置优化流程图Fig.3Flowchartofactuatorpositionoptimizationbasedongeneticalgorithm选取适应度函数为cObjPI,得到的遗传算法进化曲线如图4所示,当进化到第21代时适应度函数值收敛到最小值,即此时的作动器布置方案获得最大的目标函数值。基于遗传算法优化得到的作动器最优布置位置如图5所示。图4遗传算法进化曲线Fig.4Geneticalgorithmevolutioncurves图5圆柱壳体作动器布置图Fig.5Arrangementofactuatorsofacylindricalshell3作动器最优布局仿真和试验验证3.1仿真分析为了验证上述优化的作动器位置对圆柱壳振动的控制效果,基于MATLAB/simulink搭建振动主动控制仿真模型,设定3组不同的作动器布置方案,与优化后的作动器布置方案进行对比分析。文中的振动主动控制仿真中,在图1中激振器对应的编号为28的位置输入单频激励信号。取激励信号为振动主动控制系统的参?
主动控制效果Table3Activevibrationcontroleffectofcontrolgroupandoptimizedgroup频率/Hz幅值降低量/(mms-2)对照组1对照组2对照组3优化组5067.9966.0963.8371.9210011.9416.5714.1723.6920019.1825.0923.4424.68300–0.926.565.3416.4340010.1325.1520.3420.45500–2.130.66–0.673.92600–3.751.22–0.566.55700–9.10–5.84–7.824.01800–2.522.301.026.75900–3.05–1.46–2.082.441000–7.03–3.92–4.902.563.2试验分析振动主动控制试验系统接线图如图9所示,作动器安装图如图10所示。作动器粘贴固定于圆柱壳体的内表面,输出沿圆柱壳径向的控制力。激振器、作动器和传感器安装位置同上文。试验中利用激振器模拟水下航行器动力装置激励壳体引起的振动初级源,激励信号经功率放大器后驱动激振器激励圆柱壳体振动,加速度传感器采集振动信号输入振动主动控制器的模拟/数字(ana-loguetodigital,A/D)输入端,作为参考信号;利用另一加速度传感器检测壳体端的振动信号并作为误差信号;振动主动控制器根据输入的参考信号、误差信号,以FxLMS算法为控制算法进行自动调整自适应滤波器的各权系数得到抵消信号,该信号通过D/A转换后输入到作动器进行振动控制。图9振动主动控制试验系统接线图Fig.9Wiringdiagramofactivevibrationcontroltestsystem图10作动器安装图Fig.10Installationdrawingofactuator由于篇幅限制,只列举以50Hz单频激励信号作为激励力的振动主动控制试验结果。对于激振器产生的50Hz的单频激振力作用下,作动器位置优化组和各对照组的观测点振动响应结果如图11所示。试验结果表明,优化组的控制效
【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱壳体振动主动控制中作动器的优化配置[J]. 胡泽超,何琳,李彦. 船舶力学. 2019(11)
[2]一种新型的挠性航天器作动器布局优化方案[J]. 郭延宁,王鹏宇,金珊. 飞控与探测. 2019(05)
[3]作动器最优配置的柔性结构振动主动控制[J]. 高维金,王亮,刘永光. 国防科技大学学报. 2018(01)
[4]Placement optimization of actuator and sensor and decentralized adaptive fuzzy vibration control for large space intelligent truss structure[J]. LI DongXu,LIU Wang,JIANG JianPing & XU Rui College of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha 410073,China. Science China（Technological Sciences）. 2011(04)
[5]模态的可观可控度与作动器、传感器的布置[J]. 张志谊,傅志方,饶柱石. 振动与冲击. 1998(02)
本文编号：3457899
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