一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法技术

本发明专利技术公开了一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，包括以下步骤：S1，估计超磁致伸缩作动器的振动信号的大小；S2，采用Filtered‑εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器输出隔离振动。本发明专利技术通过利用非线性自适应滤波器，采用Filtered‑εLMS算法结构设计自适应逆振动控制器，首先通过估计超磁致伸缩作动器的振动信号的大小；然后采用Filtered‑εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器输出隔离振动，从而提高了对超磁致伸缩隔振平台的隔振控制精度和稳定性。

An adaptive inverse vibration isolation control method for a giant magnetostrictive vibration isolation platform

The invention discloses an adaptive vibration isolation platform inverse vibration control method for giant magnetostrictive material, which comprises the following steps: S1, the giant magnetostrictive actuator to estimate vibration annunicator size; S2, using Filtered epsilon LMS adaptive inverse controller for giant magnetostrictive actuator output vibration isolation. This invention uses nonlinear adaptive filter, using Filtered epsilon LMS algorithm structure design of adaptive inverse vibration controller, the first super magnetostrictive actuator by estimating the vibration signal for size; then the Filtered epsilon LMS adaptive inverse magnetostrictive controller to control the output of the actuator vibration isolation, so as to improve the control precision and stability vibration isolation platform with magnetostrictive.

【技术实现步骤摘要】
一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法
本专利技术涉及一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，属于动态迟滞非线性系统建模与控制领域。
技术介绍
振动控制是指通过一定的技术方法隔离被控对象所受的振动以满足一定的工程要求。振动控制依据在控制过程中是否采用外部输入分为有源控制和无源控制。其中，无源控制是当今发展得比较成熟的振动被动控制方法，其主要是通过改变物体结构的刚度、阻尼和质量在体系中的分布，或者改变外载荷的传递途径，以达到降低结构的振动响应。而有源控制是指在结构受激振动过程中，采用外部能源施加控制力或改变物体结构的动力特性，以达到迅速衰减或隔离物体所受振动，因为在此过程中存在外界的能源输入，所以又被称为振动主动控制。振动控制是一个在各个领域里广泛存在的工程问题。随着国民经济和现代化国防的飞速发展，在航空航天、军事工程和高精密加工等领域对机动稳定平台的控制精度的要求日益提高，对高精度高可靠性稳定隔振平台的要求从理论研究和实际应用上均提出了严格的要求。比如在各种各样航空航天飞行器中，100Hz以内的微幅振动广泛存在，这往往对飞行器的安全飞行是致命的，然而传统的被动隔振方法对这种低频幅值振动很难有效减振。随着对振动控制精度要求的提高，传统的材料和振动控制方式已经不能满足现代工业对高精度和低频振动控制的要求，于是随着压电等智能材料和智能结构的出现与快速发展，以及对其动态模型和控制方法的不断研究，产生和发展了智能材料和先进控制技术相结合的机电一体化智能隔振结构。智能材料具有精度高和响应时间快等优点，被广泛地应用于微位移和微振动主动控制。现代工业中常用的智能材料有压电、超磁致伸缩和形状记忆合金等，它们表现出电、热、磁、力场的耦合特性，利用这种特性可以将它们设计为作动器或传感器。对于微米级位移的定位跟踪和振动控制，通常使用压电陶瓷和磁致伸缩材料。可是这两种智能材料存在严重的动态迟滞非线性特性，动态迟滞非线性特性不仅降低了控制系统的控制精度，还会使闭环系统的稳定性下降甚至导致系统振荡。另外，当前的振动主动控制的控制器设计方法主要包括有如下几种：(1)PID控制从振动主动控制伊始，PID控制就被广泛的采用。然而随着对控制精度和稳定性要求的提高，以及周围环境的变化，在复合激励信号作用下，复杂的系统非线性模型与不确定性作用下，传统的PID控制方法已经远远无法满足此类系统的控制需要。于是人们开始把一些先进的控制技术与PID控制技术相结合，实时在线调节PID控制器的三个参数，以达到最优控制。近年来自适应PID，鲁棒PID，模糊PID等与PID控制器相结合的算法应运而生，并且表现出良好的控制效果。但是它们的缺点在于，这些算法均是基于线性系统设计的，并不适用于非线性系统；而且如果要在非线性系统中使用该类方法，必须对迟滞进行逆补偿，然后进行控制，控制过程非常复杂。(2)自适应控制自适应控制对具有一定模型不确定性的系统具有很好的控制效果。自适应控制算法在线参数调节能力强，精度高，鲁棒性好，在振动主动控制系统中应用最为广泛。李超采用自适应滤波F-XLMS算法对单根超磁致伸缩作动器进行振动控制，从不同的控制物理量、算法、偏置磁场和系统噪声等各方面分析了影响控制效果的因素，仿真实验结果表现出良好的减压效果。王贞艳采用自适应滤波算法控制由压电作动器驱动的Stewart平台，实验结果达到了30dB的减振效果。但是他们都是对非线性部分进行了补偿，然后设计的线性控制器，整个设计处理过程非常复杂。(3)鲁棒控制郭咏新等人提出了基于Hammerstein模型结构的GMA的动态迟滞非线性系统的鲁棒跟踪控制方法。其基于实验法计算迟滞逆补偿后线性部分的模型不确定性，设计标准H∞鲁棒控制器对GMA进行跟踪控制。但是该方法同样需要首先对非线性部分进行补偿，然后设计线性控制器，整个设计处理过程非常复杂。另外，上述的传统控制算法如PID、鲁棒等都是针对线性系统或者弱非线性系统进行控制，并且需要知道系统准确的数学模型，对模型要求比较高。而对具有动态迟滞非线性特性的智能作动器进行振动主动控制时，采用上述算法往往因为模型误差或计算量大等问题，导致这些传统控制算法很难应用在实时控制中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，提供一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，它可以有效解决现有技术中存在的问题，提高对超磁致伸缩隔振平台的隔振控制精度和稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下的技术方案：一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，包括以下步骤：S1，估计超磁致伸缩作动器的振动信号的大小；S2，采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器输出隔离振动。优选的，步骤S1包括以下步骤：S11，建立超磁致伸缩作动器的模型S12，将所述模型与超磁致伸缩作动器并联，并使得超磁致伸缩作动器的输出与输入振动信号d求和后再减去超磁致伸缩作动器模型的输出，即得超磁致伸缩作动器的振动信号简单快捷，根据估计出的振动信号的大小，得到一个跟它大小相等、相位相反的信号，即可抵消振动。。优选的，步骤S2包括：采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器跟踪与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号，用于快速抵消振动信号的影响，从而可以大大提高超磁致伸缩隔振平台的隔振控制精度和稳定性。进一步优选的，所述的采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器跟踪与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号，包括以下步骤：S21，离线辨识得到超磁致伸缩作动器的左逆模型；S22，基于Filtered-εLMS算法，使用两个完全相同的非线性滤波器复制超磁致伸缩作动器的左逆模型；S23，利用所述的两个非线性滤波器输出相减得到的误差信号自适应寻找控制器Q，并且采用LMS算法在线调整滤波器的权系数，直到超磁致伸缩作动器的输出和参考输入的输出相同；其中，所述的两个完全相同的非线性滤波器，其中一个非线性滤波器的输入为输入信号作用于控制器Q后再作用于超磁致伸缩作动器模型后的输出；另一个非线性滤波器的输入为输入信号；所述的输入信号为与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号。本专利技术通过对控制器Q进行在线辨识，因而当对象状态(导致对象模型发生变化)发生变化时，控制器可以自适应调节参数，去适应对象的变化，因此，本专利技术对对象模型的准确率要求不高，而且实时隔振效果更好。前述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法中，所述的非线性滤波器采用GPO非线性自适应滤波器，从而可以更准确的描述超磁致伸缩作动器的动态迟滞特性。前述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法中，所述的GPO非线性自适应滤波器，其包络函数采用双曲正切函数的反函数atanh，从而可以有效抵消对象的非线性特性(利用GPO非线性滤波器辨识对象的时候选用的是双曲正切函数)。本专利技术的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，通过以下方法辨识得到GPO的包络函数：将期望输入信号作用到超磁致伸缩作动器；采集超磁致伸缩作动器的输入/输出数据，然后将超磁致伸缩作动器的输出当作模型的输入，超磁致伸缩作动器的输入当作模型的输出，通过非线性拟合的方法辨识得到GPO的包络函数：γl＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，估计超磁致伸缩作动器的振动信号的大小；S2，采用Filtered‑εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器输出隔离振动。

【技术特征摘要】
1.一种用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，估计超磁致伸缩作动器的振动信号的大小；S2，采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器输出隔离振动。2.根据权利要求1所述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，步骤S1包括以下步骤：S11，建立超磁致伸缩作动器的模型S12，将所述模型与超磁致伸缩作动器并联，并使得超磁致伸缩作动器的输出与输入振动信号d求和后再减去超磁致伸缩作动器模型的输出，即得超磁致伸缩作动器的振动信号3.根据权利要求1所述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，步骤S2包括：采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器跟踪与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号，用于抵消振动信号的影响。4.根据权利要求3所述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，所述的采用Filtered-εLMS自适应逆控制器控制超磁致伸缩作动器跟踪与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号，包括以下步骤：S21，离线辨识得到超磁致伸缩作动器的左逆模型；S22，基于Filtered-εLMS算法，使用两个完全相同的非线性滤波器复制超磁致伸缩作动器的左逆模型；S23，利用所述的两个非线性滤波器输出相减得到的误差信号自适应寻找控制器Q，并且采用LMS算法在线调整滤波器的权系数，直到超磁致伸缩作动器的输出和参考输入相同；其中，所述的两个完全相同的非线性滤波器，其中一个非线性滤波器的输入为输入信号作用于控制器Q后再作用于超磁致伸缩作动器模型后的输出；另一个非线性滤波器的输入为输入信号；所述的输入信号为与估计出来的振动信号大小相等、相位相反的信号。5.根据权利要求4所述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，所述的非线性滤波器采用GPO非线性自适应滤波器。6.根据权利要求5所述的用于超磁致伸缩隔振平台的自适应逆隔振控制方法，其特征在于，所述的GPO非线性自适应滤波器，其包络函数采用双曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张臻，马耀鹏，杨新宇，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11