一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法技术

一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法，涉及微振动隔振技术领域，针对现有技术中采用反馈控制方法难以实现较好的振动消纳性能的问题，本申请通建立跨介质传播时延特性模型，实现对于随机微振动通过慢速介质前后波动特性变化关系的准确描述。本申请通过建立包含慢速缓冲介质和压电堆叠的新型混合作动机构“电压

An active vibration isolation control method of random micro vibration based on cross medium time delay

【技术实现步骤摘要】
一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法


[0001]本专利技术涉及微振动隔振
，具体为一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法。

技术介绍

[0002]在航天、半导体、微纳加工与测量等领域的高精密仪器设备中，振动控制是系统设计的关键技术之一。目前的振动控制方法逐渐向主动、主被动一体的隔振控制发展，且集中于处理力矩陀螺、循环泵、风机等频率特征明显、振动能量频率分布集中的振动源，对于残余的能量低、随机性强、频率分布宽的微振动，研究仍较少。目前应用到微振动主动隔振的控制方法主要包括PID控制、鲁棒控制、自适应控制、智能控制、最优控制等，均为常规反馈控制系统设计思路，即采用负位移、负速度作为跟踪信号，设计反馈控制系统使隔振器在频率响应特性上体现出期望的抑制效果。该思路对于力矩陀螺、循环泵等频率特征明显、振动能量频率分布集中的振动源主动隔振效果较好，但由于反馈控制系统固有的滞后特性，难以实现宽频带的振动抑制效果；并且，经过被动、主被动隔振设计过滤之后，残余的微振动具有频率分布、振幅分布均随机分布的非周期性特点，所以采用反馈控制方法难以实现较好的振动消纳性能。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：针对现有技术中采用反馈控制方法难以实现较好的振动消纳性能的问题，提出一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法。
[0004]本专利技术为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
[0005]一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法，所述控制方法包括准备阶段和控制阶段；
[0006]所述准备阶段包括：
[0007]获取数据集，并以数据集中慢速介质的类型和进入慢速介质前的振动波形信号与慢速介质输出的振动波形信号的映射关系，建立时延特性模型的步骤；
[0008]建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤；
[0009]所述控制阶段包括：
[0010]获取待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号，并根据时延特性模型得到待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号对应的待测慢速介质输出的振动波形信号的步骤；
[0011]根据待测慢速介质输出的振动波形信号以及直接逆模型得到输出抵消力与待测慢速介质输出力相等时对应的控制信号及控制信号作用时间，并根据控制信号及控制信号作用时间完成主动隔振控制的步骤。
[0012]进一步的，所述控制信号为电压信号，建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤具体为：
[0013]获取压电堆叠输出抵消力与其控制电压之间的非线性映射关系建立压电堆叠非线性特性的直接逆模型，并将压电堆叠非线性特性的直接逆模型作为直接逆模型。
[0014]进一步的，所述控制信号为电压信号，建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤具体为：
[0015]获取压电堆叠输出抵消力与其控制电压之间的非线性映射关系建立压电堆叠非线性特性的直接逆模型；
[0016]基于压电堆叠非线性特性的直接逆模型，然后采用特征建模、快速自适应神经网络引入快速自适应修正项，利用压电堆叠期望输出抵消力与压电堆叠实际输出抵消力之间偏差的变化信息构建快速自适应模型，最后将快速自适应模型作为直接逆模型。
[0017]进一步的，所述根据待测慢速介质输出的振动波形信号以及直接逆模型得到输出抵消力与待测慢速介质输出力相等时对应的控制信号及控制信号作用时间，并根据控制信号及控制信号作用时间完成主动隔振控制的步骤具体包括；
[0018]将待测慢速介质输出的振动波形信号反相后作为控制跟踪指令信号的步骤；
[0019]将控制跟踪指令信号输入直接逆模型得到抵消待测慢速介质输出振动加速度信号所需电压以及施加电压的时间，然后根据该电压构建前向控制通道的步骤；
[0020]根据所需电压得到施加电压时压电堆叠的实际位移数据和实际加速度数据，之后将实际位移数据和实际加速度数据引入反馈回路，然后结合前向控制通道设计基于误差观测器的反馈控制器的步骤。
[0021]进一步的，所述振动波形信号为振动加速度信号
[0022]进一步的，所述振动加速度信号通过三轴加速度传感器获取。
[0023]进一步的，所述慢速介质为橡胶。
[0024]进一步的，所述时延特性模型为神经网络模型。
[0025]本专利技术的有益效果是：
[0026]本申请通建立跨介质传播时延特性模型，实现对于随机微振动通过慢速介质前后波动特性变化关系的准确描述。
[0027]本申请通过建立包含慢速缓冲介质和压电堆叠的新型混合作动机构“电压
‑
力”直接逆模型，实现对于迟滞等与内部状态变量强相关非线性特性影响的准确描述，以及对模型参数与外部环境参数相关时变特性的自适应跟踪。
[0028]本申请通过利用慢速介质引入的振动波传播时延，实现实时前馈消纳与反馈控制残差抑制相结合的主动隔振控制。
附图说明
[0029]图1为本申请的控制流程图；
[0030]图2为混合作动器振动数据采集装置示意图。
具体实施方式
[0031]需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施方式之间可以相互组合。
[0032]具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于跨介
质时延的随机微振动主动隔振控制方法，所述控制方法包括准备阶段和控制阶段；
[0033]所述准备阶段包括：
[0034]获取数据集，并以数据集中慢速介质的类型和进入慢速介质前的振动波形信号与慢速介质输出的振动波形信号的映射关系，建立时延特性模型的步骤；
[0035]建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤；
[0036]所述控制阶段包括：
[0037]获取待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号，并根据时延特性模型得到待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号对应的待测慢速介质输出的振动波形信号的步骤；
[0038]根据待测慢速介质输出的振动波形信号以及直接逆模型得到输出抵消力与待测慢速介质输出力相等时对应的控制信号及控制信号作用时间，并根据控制信号及控制信号作用时间完成主动隔振控制的步骤。
[0039]本申请具体应用在随机微振动的主动隔振控制领域。利用振动波在慢速介质中传播速度与电信号的传播速度差，采用传感器前置加实时波形预测的方案，实现对于随机振动波形的前馈补偿控制，从原理上大幅提升非周期性随机微振动的主动隔振控制效果。
[0040]振动波在橡胶等介质中传播速度较慢，通过利用减慢的振动波波速与电信号速度差带来的时延，使得能够提前预测即将到来的振动波形并实现前馈抵消，从而可以大幅提升非周期性随机微振动的主动隔振控制效果。
[0041]本申请针对随机微振动主动隔振控制问题，提出一种基于跨介质时延的控制方法。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法，其特征在于所述控制方法包括准备阶段和控制阶段；所述准备阶段包括：获取数据集，并以数据集中慢速介质的类型和进入慢速介质前的振动波形信号与慢速介质输出的振动波形信号的映射关系，建立时延特性模型的步骤；建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤；所述控制阶段包括：获取待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号，并根据时延特性模型得到待测慢速介质的类型以及进入待测慢速介质前的振动波形信号对应的待测慢速介质输出的振动波形信号的步骤；根据待测慢速介质输出的振动波形信号以及直接逆模型得到输出抵消力与待测慢速介质输出力相等时对应的控制信号及控制信号作用时间，并根据控制信号及控制信号作用时间完成主动隔振控制的步骤。2.根据权利要求1所述的一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法，其特征在于所述控制信号为电压信号，建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤具体为：获取压电堆叠输出抵消力与其控制电压之间的非线性映射关系建立压电堆叠非线性特性的直接逆模型，并将压电堆叠非线性特性的直接逆模型作为直接逆模型。3.根据权利要求1所述的一种基于跨介质时延的随机微振动主动隔振控制方法，其特征在于所述控制信号为电压信号，建立输出抵消力与其控制信号之间的非线性映射关系的直接逆模型的步骤具体为：获取压电堆叠输出抵消力与其控制电压之间的非线性映射关系建立压电堆叠非线性特性的直接逆模型；基于压电堆叠非线性特性的直接逆模型，然...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨柳，李东洁，徐东昊，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：