一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法技术

本发明专利技术提供了一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，方法基于傅里叶变换思想将连续周期信号转化为直流分量、基频分量及各高频分量的独立控制，通过构造正弦信号幅值、频率、偏移的三参数解耦控制器，不仅解决了现有幅相控制策略无法消除非线性负载力扰动静差的问题，而且能够复现任意连续周期信号。本发明专利技术控制方法不仅突破了激振器固有频率的约束，而且具有直观的物理意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及振动及自动控制领域，具体涉及一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法。
技术介绍
振动试验是验证产品可靠性的一类重要试验，其中连续周期信号(正弦波、三角波等)是最为常见且非常重要的一类测试信号，周期信号的跟踪性能指标以幅值衰减和相位滞后来衡量，通常要求幅值误差不超过10％、相位误差不超过10°，当跟踪高频周期信号频率较高时，若激振器仅仅采用传统的前馈+PID构成闭环控制，则系统受到激振器自身固有频率的限制，跟踪信号呈现出严重的幅值和相位误差，无法满足高精度信号跟踪的要求。因此，对于高频周期信号需要构造一种能够消除幅值衰减与相位滞后的振动控制策略，如申请号为200610151150.8的专利申请提供了一种能够应用于正弦波形复现的幅相控制方法。但是该方法无法应用于具有直流分量的正弦信号，且无法满足除正弦波形之外的三角波等连续周期信号的高频高精度复现要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，能够精确复现连续周期信号的高频幅相解耦振动控制。本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，步骤如下：步骤1：构造回归矩阵H，如下：(1.1):对幅值为a，频率为ω0，直流分量为c0的周期信号u(t)，采用公知的傅里叶变换方法对其进行分析，获得如下描述形式 u ( t ) = c 0 + Σ n = 1 ∞ ( a n sin nω 0 t + b n cos nω 0 t ) ]]>(1.2):确定系统所能复现的高频分量阶数N，其中fs为激振器伺服系统采样频率，5≤Ns≤10；(1.3)：构造时间序列T＝[Δt 2Δt … mΔt]T，其中，m≥2N；(1.4)：生成回归矩阵：Hm×N＝[0 T sin(ω0T) cos(ω0T) sin(2ω0T) cos(2ω0T) … sin(Nω0T) cos(Nω0T)]；步骤2：构造观测矩阵，X2×m＝[Xs Xf]；其中，Xs＝[1 z-τ z-2τ … z-(m-1)τ]Tu(t)，Xf＝[1 z-τ z-2τ … z-(m-1)τ]Ty(t)，τ为延时步长，τ＝Δt·fs，u(t)为设定周期波信号，y(t)为激振器反馈信号；步骤3：对观测矩阵进行傅里叶解耦变换，计算各阶控制器的偏差信号，如下：(3.2):采用最小二乘法获得拟合参数阵C＝[Cp Cf]＝(HTH)-1HTX。(3.2):计算偏差信号阵其中，直流控制器的偏差信号eb＝Cp1-Cf1；基频控制器及各高阶倍频控制器的幅值偏差信号相位偏差信号步骤4：对各阶偏差分别进行闭环调节，生成控制参数阵P(t)，控制律为：S(t)＝Kpe(t)+Ki∫e(t)dt；步骤5：生成控制信号将该信号作为激振器的参考信号输入到激振器伺服系统进行控制。本专利技术的优点是：本专利技术能够有效消除激振器由于正反运动非对称特性及外负载力引起的零偏扰动，给出了任意周期信号的幅相控制方法，使得本专利技术适用范围大大增加，通过傅里叶变换将周期信号的控制转换为直流分量、基频分量及各阶高频分量的控制，通过构造幅值、相位、零偏三参数解耦控制器，实现了具有直流分量任意连续高频周期信号的高精度波形复现，不仅突破了激振器固有频率的约束，而且具有直观的物理意义。附图说明图1为激振器传递函数模型；图2为幅相解耦控制原理图；图3为幅相解耦控制器结构图；图4为神经网络幅相控制器波形复现曲线图；图5为幅相解耦控制器波形复现曲线图。具体实施方式下面结合附图和举例对本专利技术作进一步说明：实施例1当激振器采用流体控制系统(液压或者气动)时，传递函数模型如图1所示，系统传递函数表达式为： Y = K q A X v - K c A 2 ( 1 + s ω 1 ) F L s ( s 2 ω h 2 + 2 ζ n ω h s + 1 ) ]]>可以看到，当外负载力FL不为零时，系统的输出y与输入xv之间将产生静差，这一静差将导致系统输出产生零偏。当系统刚度较低(如气动系统)这一影响将不可忽略，而现有的幅相控制策略只能调节正弦信号的幅值和相位，无法对负载力引起的零偏进行调节。为从原理上实现消除参考信号的直流分量误差，本专利技术提出了一种三参数幅相解耦控制方法，控制思想如图2所示，对于图1所示的系统，若输入则输出可知对于频率为ω的正弦信号而言，其幅值A、相位及零偏B相互独立，若能够实时观测得到输出信号的幅值、相位及零偏，则分别以Ar、Br作为控制量，以Ay、By作为反馈量，分别构成相互独立的PI控制器，以PI运算得到的幅值As、相位偏移Bs作为新的正弦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：构造回归矩阵H，如下：(1.1):对幅值为a，频率为ω0，直流分量为c0的周期信号u(t)，采用公知的傅里叶变换方法对其进行分析，获得如下描述形式u(t)=c0+Σn=1∞(ansin nω0t+bncos nω0t)]]>(1.2):确定系统所能复现的高频分量阶数N，其中fs为激振器伺服系统采样频率，5≤Ns≤10；(1.3)：构造时间序列T＝[Δt 2Δt … mΔt]T,其中，m≥2N；(1.4)：生成回归矩阵：Hm×N＝[0 T sin(ω0T) cos(ω0T) sin(2ω0T) cos(2ω0T) … sin(Nω0T) cos(Nω0T)]；步骤2：构造观测矩阵，X2×m＝[Xs Xf]；其中，Xs＝[1 z‑τ z‑2τ ... z‑(m‑1)τ]Tu(t)，Xf＝[1 z‑τ z‑2τ ... z‑(m‑1)τ]Ty(t)，τ为延时步长，τ＝Δt·fs，u(t)为设定周期波信号，y(t)为激振器反馈信号；步骤3：对观测矩阵进行傅里叶解耦变换，计算各阶控制器的偏差信号，如下：(3.1):采用最小二乘法获得拟合参数阵C＝[Cp Cf]＝(HTH)‑1HTX；(3.2):计算偏差信号阵其中，直流控制器的偏差信号eb＝Cp1‑Cf1；基频控制器及各高阶倍频控制器的幅值偏差信号相位偏差信号步骤4：对各阶偏差分别进行闭环调节，生成控制参数阵P(t)，控制律为：S(t)＝Kpe(t)+Ki∫e(t)dt；步骤5：生成控制信号将该信号作为激振器的参考信号输入到激振器伺服系统进行控制。...

【技术特征摘要】
1.一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：构造回归矩阵H，如下：(1.1):对幅值为a，频率为ω0，直流分量为c0的周期信号u(t)，采用公知的傅里叶变换方法对其进行分析，获得如下描述形式 u ( t ) = c 0 + Σ n = 1 ∞ ( a n sin nω 0 t + b n cos nω 0 t ) ]]>(1.2):确定系统所能复现的高频分量阶数N，其中fs为激振器伺服系统采样频率...

【专利技术属性】
技术研发人员：田体先，姜洪洲，赵慧，蒋林，朱建阳，付婷，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42