振动主动控制系统半物理仿真研究

发布时间：2020-10-27 16:16

　　 随着世界各国对舰船战斗力和隐蔽性的要求的不断提升,减振降噪技术近年来取得了较快的发展。目前正处于实验室验证以及试应用阶段。研究初期针对控制算法、控制策略、执行机构的理论研究,而今逐渐转向整体化的系统研究。当前的振动主动控制系统研发过程具有一定的盲目性、研发周期过长、过程缺乏判断与校验以及耗费人力和成本,并且目前没有与设计研发相配套的预测、检验、评估手段。本文主要针对这一实际问题开展研究,基于双层主动隔振台架系统,首次采用面向模型的V型开发模式完成了振动主动控制系统设计、开发、检测、预报、评估,并构建了一套对设计过程进行预测、验证和评估的半物理仿真平台。基于双层主动隔振结构,将信号拾取系统、激励及监测系统、作动执行机构、功率放大器与隔振台架集成,形成一体化的主动隔振台架,即主动控制被控对象。建立多刚体数值模型、有限元模型计算分析,并进行模态测试和频响特性测试,系统全面地对台架进行了动力学特性分析。基于模块化建模方法,将振动主动控制系统划分为控制子系统和被控子系统(被控对象)。基于FXLMS算法,研究开发了控制系统的离线仿真模型与实验模型,利用快速控制原型技术实现了控制器的快速开发。基于双层隔振台架系统和控制系统搭建完成了振动主动控制实验,验证了所开发控制器的正确性和有效性。同时,在实验中建立实验工程文件包实现了控制实验集中管理;建立了数据实时监测与实时调参的可视化界面。针对被控子系统建立了动力学实时仿真模型。基于SimMichanics创建了隔振系统模块集,构建了被控了系统的动力学实时仿真模型。基于该模型完成了主动控制系统数字仿真。并首次构建了针对振动主动控制系统的硬件在环仿真平台。系统全数字仿真结果分析与实验结果分析相一致,认为考虑耦合的控制方案由于不考虑耦合。通过HIL仿真研究表明在一定程度上该平台可以作为预测控制效果、评估控制器运行正确性、有效性及稳定性的检测评估工具。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2016
【中图分类】：U674.7
【部分图文】：

、。程）有一个共同的特点就是都可以建立起其数学模型表达，即可以有效地建立起相应系统实时仿真模型，因此非常有利于进行半物理系统搭建和仿真研宄。比较常见的半理仿真技术的应用形式有两种，一种是快速控制原型（Ｒａｐｉｄ?Ｃｏｎｔｒｏｌ?Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ，简为ＲＣＰ），主要用于控制器快速开发、测试工作，另一种是硬件在环仿（Ｈａｒｄｗａｒｅ－Ｉｎ－ｔｈｅ－Ｌｏｏｐ?Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，简称ＨＩＬＳ），用于对控制器和物理仿真模型进行统检测、标定等。??目前半物理仿真技术在振动主动控制系统研究开发领域的成果很少，尚无将硬件在??环技术与主动控制技术相结合用于系统开发检测和评估这方面的研宄与应用。但是这一??部分的理论研究与实际开发是振动主动控制系统工程化进程的重要研究手段，所以对这??一问题的研宄具有重要意义。对于硬件在环仿真平台搭建以及仿真研宄来讲，如何建立??相应的系统仿真器模型是一项关键性技术，振动主动控制系统的被控对象由于区别于往硬件在环的被控模型，自身不能建立精确的数学表达模型，只能以系统输入输出关对系统进行描述，相当于“黑箱”的概念，所以对其建立动态动力学仿真模型是当前研的一大难点。

、，术便应运而生。ＨＩＬ仿真是把实际的被控对象或一部分系统物理部件用载入时运行的仿真器来取代，而信号系统、控制单元及其他系统组件则作为实物系统。对控制单元或物理部件功能进行仿真测试和验证。目前己经为电子控计提供了前所未有的开发速度上的优势，极大地加速了整个设计开发过程，和航空航天等电控领域｜１５７＿１６２］已经成为必不可少的开发测试手段，减少了很破坏性大、环境苛刻、运行艰难的试飞试驾环节。??在飞行器控制系统设计领域，半实物方针有着不可取代的重要意义。通真，对控制器的设计、导航和制导算法的正确性进行考核。对各种实验条件行仿真分析，是进行试验飞行的必要环节。例如图１．２为飞机飞行控制系统人机交互界面。飞机的操控台部分为实物模型，控制系统为虚拟模型。图中次为虚拟可视化仪表，变量的实时调整及观测视窗，虚拟的飞行控制姿态可飞行轨迹空间坐标定位。通过这样一组人机交互可视化界面，对物理仿真模就可以观察得到飞机各参数变化、飞行姿态、航速、位置等，实现对飞机飞程模拟。??

Ｆｉｇ．?１．３?Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ?ｍｅｔｈｏｄ?ｏｆ?Ｒ＆Ｄ?ｏｎ?ＣＵ??采用面向模型的开发思路，基于ｄＳＰＡＣＥ软硬件平台，利用半物理仿真技术可以获??得全新的Ｖ模式控制系统开发流程，如图１．４。将控制系统开发分为五个步骤：??（１）
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本文编号：2858749