一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，包括步骤S1、建立控制器模型u(t)＝K1x(t)+K2(t)，S2、获得K1参数值和K2(t)的函数表达式，

【技术实现步骤摘要】
一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法
本专利技术涉及自适应控制的领域，尤其是一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法。
技术介绍
运载火箭起飞和飞行过程中，经历声振、气动力、气动热等复杂的力学环境，他们激起的结构和声场相应在整流罩内形成高声压级环境，可能引起航天器的有限荷载、太阳能电池板、控制电路、天线等结构的破坏，从而降低了整个系统的安全性和可靠性，甚至导致整个发射任务的失败，美国NASA的一项调查研究表明，近50％的发射后不久产生的航天器故障是由发射阶段的震动、冲击和噪声荷载引起的。因此，开展整流罩的隔声降噪设计显得尤为重要。近些年来，各国都在加大整流罩内减震降噪研究的力度，出现了很多新的研究方法和成果。研究的焦点一般都在于声波传播途径的分析和以下因素的优化：吸声衬垫的设计(使用最小的重量达到最大的传声损失)；声学处理的位置：整流罩结构设计；主动振动和噪声控制方法：被动声学和振动吸声结构的置位和特性。主动控制涉及采用声波相消的理论来降低噪声。而类似于隔声罩、利用材料吸声、消声器等方式都被归于被动控制，如果主动控制中被动元件的阻尼特性被提高则称为半主动控制。当今使用被动控制吸声方法对火箭整流罩进行减震降噪的是目前普遍的方式。比如在整流罩内壁粘贴具有高吸声系数的降噪材料，比如多孔吸声材料中的泡沫盒纤维材料，因为他们密度小、孔隙率高，而且在中高频有着很好的吸声降噪效果，但是在低频段的效果却很差，并且通常都具有吸收频带窄、密度大等缺点。因而可以通过控制器主动去消除噪声的干扰，在工业控制系统中，PID(比例-积分-微分)控制器仍然是首选控制器，有算法简单、鲁棒性强、可靠性高等特点，为当今工控行业的主导控制方式。但由于整流罩系统有高噪声干扰、以及复杂的信息结构等特点，使得被控量不能及时地反映系统所承受的变化，因此控制系统的稳定性变差，对系统的控制增加很大的困难，应用常规的PID控制不能达到理想的控制效果。现有的学术成果不乏有高级控制策略在线实时补偿非理想因素带来的影响，例如自适应控制算法。该技术是一种针对时变状态相关干扰的鲁棒自适应抑制控制策略，这种方法对系统参数摄动不敏感，并有抗噪声能力，而且根据它的实时补偿功能，能保证较高的控制精度。但此类技术由于没有合适的物理实现方法，相应的控制模块较难开发，因此很少在工业生产过程有所应用。本专利利用理论分析结果，应用自适应技术来实时抵消噪声，使用一种方法实现自适应控制策略，以应用实际的火箭整流罩系统减震降噪中。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本专利技术提供一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法。一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，包括以下步骤：S1、建立控制器模型，方程如下：u(t)＝K1x(t)+K2(t)(1)其中u(t)是m维输入向量，u(t)是控制器输入关于时间t的函数，x(t)是n维列向量，x(t)是系统状态关于时间t的函数，K1是m*n维向量矩阵，K2(t)为向量；S2、获得K1参数值和K2(t)的函数表达式K1通过下面的线性不等式矩阵获得：AQ+QAT-ZTBT-BZ＜0(2)其中Q＝P-1，Z＝K1P-1；P-1是矩阵P的逆矩阵，P为n*n矩阵；T代表关于矩阵的转置，A、B均为系数矩阵；K2(t)＝[K2,1(t),K2,2(t)...K2,m(t)]T，由下列函数提供的自适应抑制函数获得K2(t)的函数表达式如下：其中α≤β，α、β均是正常数，φ是足够大的常数；||x(t)TPB||是关于x(t)TPB的2范数；是关于x(t)的变上限积分t的函数；被赋值通过下面自适应律：其中是对对于时间t的求导；γ是任意的正常数；S3、建立线性时不变连续时间模型，方程如下：其中是x(t)关于时间t的导数。详细的说，系数矩阵A和输入矩阵B分别为求解公式(2)，根据李雅普诺夫方程得到详细的说，在步骤S2中还包括外接的扰动函数w(t)；扰动函数w(t)用状态的分段有界函数表示，即存在一个未知的正常数其中||x(t)||、||w(t)||分别代表x(t)、w(t)的2范数；d≤2，是一个未知的正值对于||x(t)||的d次方。详细的说，系统的状态x(t)是四维向量，控制输入u(t)是三维向量，扰动函数w(t)是三维向量；通过公式(5)和公式(6)可得火箭整流罩结构模型模块的状态空间方程为：通过公式(1)和公式(7)可得火箭整流罩结构模型的控制器模型为：通过求解(3)可得火箭整流罩结构模型模块的自适应函数为：其中α＝1，β＝3，通过求解(4)可得火箭整流罩结构模型的自适应律为：其中本专利技术的优点在于：本专利技术基于自适应技术设计火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，自适应技术可以可确保系统在各种工作条件下具有令人满意的系统性能的稳定性和跟踪性。由于其自动调整控制参数或根据系统和目标状态的变化快速估计未知系统参数的优点，设计自适应控制器以消除不确定性，干扰，执行器故障和其他干扰因素，以保证系统的正常运行。附图说明图1为实施例2中反相运算放大单元的电路原理图。图2为实施例2中反相加法运算单元的电路原理图。图3为实施例2中同相加法运算单元的电路原理图。图4为实施例2中除法运算放大单元的电路原理图。图5为实施例2中平方根运算放大单元的电路原理图。图6为实施例2中积分运算放大单元的电路原理图。图7为实施例2中乘法器的电路原理图。图8为本专利技术矢量信号模块中矢量信号子模块模块产生矢量信号(x(t)TPB)1的原理框图；图9为本专利技术矢量信号模块中矢量信号子模块模块产生矢量信号(x(t)TPB)1的电路图；图10为本专利技术控制增益模块的原理框图；图11为本专利技术控制增益函数的电路图；图12为本专利技术控制输入模块中控制输入子模块u1(t)的原理框图；图13为本专利技术控制输入模块中控制输入子模块u1(t)的电路图；图14为本专利技术结构模型模块的结构模型子模块的原理框图；图15为本专利技术结构模型模块的结构模型子模块的电路图；图16为本专利技术总电路的模块框图。图17为本专利技术控制电路Multisim仿真的系统状态的响应曲线；图18为本专利技术控制电路Multisim仿真的控制输入的响应曲线。具体实施方式实施例1一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，包括以下步骤：S1、建立控制器模型，方程如下：u(t)＝K1x(t)+K2(t)(1)其中u(t)是3维输入向量，u(t)是控制器输入关于时间t的函数，x(t)是4维列向量，x(t)是系统状态关于时间t的函数，K1是3*4维向量矩阵是系统状态的控制增益，K2(t)用于消除干扰的影响；S2、获得K1参数值、K2(t)的函数表达式、系统外接扰动函数w(t)；S21、K1通过下面的线性不等式矩阵获得：AQ+QAT-ZTBT-BZ＜0(2)其中Q＝P-1，Z＝K1P-1；P-1是矩阵P的逆矩阵，P为4*4矩阵；T代表关于矩阵的转置；A为n*n矩阵，是系统的系数矩阵；B是n*m维矩阵，是系统的输入矩阵，在该实施例中，系数矩阵A和输入矩阵B分别为求解公式(2)，根据李雅普诺夫方程得到通过公式(1)和公式(7)可得火箭整流罩结构模型的控制器模型为：S22、K2(t)＝[K2,1(t),K2,2(t)，K2,3(t)]T，由下列函数提供的自适应抑制函数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立控制器模型，方程如下：u(t)＝K1x(t)+K2(t)  (1)其中u(t)是m维输入向量，u(t)是控制器输入关于时间t的函数，x(t)是n维列向量，x(t)是系统状态关于时间t的函数，K1是m*n维向量矩阵，K2(t)为向量；S2、获得K1参数值和K2(t)的函数表达式K1通过下面的线性不等式矩阵获得：AQ+QAT‑ZTBT‑BZ＜0  (2)其中Q＝P‑1，Z＝K1P‑1；P‑1是矩阵P的逆矩阵，P为n*n矩阵；T代表关于矩阵的转置，A、B均为系数矩阵；K2(t)＝[K2,1(t),K2,2(t)...K2,m(t)]T，由下列函数提供的自适应抑制函数获得K2(t)的函数表达式如下：

【技术特征摘要】
1.一种用于火箭整流罩减震降噪的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立控制器模型，方程如下：u(t)＝K1x(t)+K2(t)(1)其中u(t)是m维输入向量，u(t)是控制器输入关于时间t的函数，x(t)是n维列向量，x(t)是系统状态关于时间t的函数，K1是m*n维向量矩阵，K2(t)为向量；S2、获得K1参数值和K2(t)的函数表达式K1通过下面的线性不等式矩阵获得：AQ+QAT-ZTBT-BZ＜0(2)其中Q＝P-1，Z＝K1P-1；P-1是矩阵P的逆矩阵，P为n*n矩阵；T代表关于矩阵的转置，A、B均为系数矩阵；K2(t)＝[K2,1(t),K2,2(t)...K2,m(t)]T，由下列函数提供的自适应抑制函数获得K2(t)的函数表达式如下：其中α≤β，α、β均是正常数，φ是足够大的常数；||x(t)TPB||是关于x(t)TPB的2范数；是关于x(t)的变上限积分t的函数；被赋值通过下面自适应律：其中是对对于时间t的求导；γ是任意的正常数；S3、建立线性时不变连续时间模型，方程如下：...

【专利技术属性】
技术研发人员：金小峥，王少凡，赵振，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34