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题目:具有动态迟滞非线性的智能机构的振动主动控制

关键词:振动主动控制,动态迟滞非线性,智能结构,鲁棒控制,参数不确定性,自适应控制

  摘要



    智能结构具有大输出力、大输出位移、精度高、响应速度快及驱动方式简单等优点,广泛应用于微位移与微振动的控制中,然而其固有的迟滞非线性特性在很大程度上影响了系统的控制精度和稳定性。本文研究了具有动态迟滞非线性特性的智能结构振动主动控制,主要包括进行以下工作:
    1.基于Hammerstein模型结构建立超磁致伸缩作动器(Giant Magnetostricti- ve Actuator,GMA)的动态迟滞非线性模型。模块化的Hammerstein动态迟滞模型包括静态迟滞非线性模块和动态线性模块两部分。静态迟滞非线性部分用广义PI模型描述,它具有完全的解析逆;动态部分用辨识的线性传递函数描述。所建模型结构简单,便于实现及应用,建模与实验数据比较验证了所建模型的准确性和有效性。
    2.设计了前馈加单神经元PID复合振动主动控制器,采用迟滞逆补偿器消除迟滞非线性对系统的影响,前馈通路用以抵消振源振动在减振点产生的影响,反馈回路用于减小未知扰动等不确定性的影响。该方法能有效降低控制信号幅值,提高减振效果。仿真和实验结果证明了前馈加单神经元PID复合控制器用于振动主动控制的有效性。
    3.考虑到系统中未知的干扰输入及不可预见的系统动态特性等模型不确定性,设计了具有串联迟滞逆补偿的鲁棒振动主动控制器,使系统在存在外界干扰和模型误差时具有期望的性能。仿真和实验结果表明,所设计的含有逆补偿的鲁棒控制器在1-100Hz均达到了至少80%的减振效果,体现了系统良好的鲁棒性。
    4.设计具有迟滞逆补偿的自适应滤波控制器,通过在传统的线性自适应滤波算法中引入迟滞逆补偿模块,有效消除了迟滞非线性对控制系统的影响,提高了动态减振能力。实验结果表明,所设计的含有逆补偿的自适应滤波控制器在1-100 Hz频率范围内具备较强的减振能力。