一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法及系统，方法包括：将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型；通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的被控对象的模型参数，得到更新后的被控对象模型，更新后的被控对象模型用于描述被控对象的当前特性；根据更新后的被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令；通过工作点平滑算法实现状态反馈控制器对更新前后的被控对象模型进行衔接处理和被控对象控制命令的平滑处理。提高了振动台在试验试件影响下的加载精度，对基于振动台的结构动力试验及混合试验的顺利进行起到了至关重要的作用。重要的作用。重要的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法及系统


[0001]本专利技术属于控制算法应用领域，尤其涉及一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法及系统。

技术介绍

[0002]提高振动台加载精度对基于振动台的结构动力试验及混合试验至关重要。目前已有多种控制算法用来实现振动台加载精度的提高。商用振动台控制算法包括比例
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积分
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微分控制算法和三参量控制算法，其控制器设计仅针对振动台而不考虑试验试件，且假设振动台系统为线性定常系统，忽略振动台系统固有的非线性特性，具有控制器简单易于调节的优点，但其控制带宽有限，受试验试件影响，控制效果会劣化。在考虑试验试件影响的基础上，分阶控制算法和多频自适应陷波滤波器等算法被提出。分阶控制算法按控制目的采用多种控制算法按低阶环路和高阶环路组合形成，在高阶环路建立振动台和具体试验试件模型对应控制算法，达到试验试件影响下振动台精确控制的目的。多频自适应陷波滤波器假设振动台和试验试件的整体模型为线性定常模型，通过建立具体试验试件下的振动台频响曲线设计控制器。
[0003]目前的振动台控制算法虽对试验试件对振动台的影响进行了补偿，但是基于具体的某个或某类试验试件，采用固定被控对象模型及参数。在实际应用于结构动力试验及混合试验中时，需针对试验试件进行建模和控制器设计。而在试验之前，试验试件特性通常未知，便需要对试验试件特性进行假设。受振动台和试验试件固有非线性、振动台
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试验试件相互作用和试验试件类型广泛、特性各异等因素的影响，振动台与试验试件的精确模型无法预先获得，模型与实际特性不一致会直接影响振动台加载精度。

技术实现思路

[0004]为了弥补现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法及系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]第一方面，提供一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，包括：
[0007]将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型；
[0008]通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的被控对象的模型参数，得到更新后的被控对象模型，更新后的被控对象模型用于描述被控对象的当前特性；
[0009]根据更新后的被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令；
[0010]通过工作点平滑算法实现状态反馈控制器对更新前后的被控对象模型进行衔接处理和被控对象控制命令的平滑处理。
[0011]进一步的，将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确
定被控对象模型，包括：
[0012]将振动台及试验试件作为被控对象；
[0013]确定振动台的输入信号为振动台电命令数字信号且输出信号为振动台刚性台面位移数据，输入信号和输出信号的信号类型为离散信号；
[0014]预先设定单输入单输出线性离散传递函数为被控对象的模型结构，确定被控对象模型。
[0015]进一步的，通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的被控对象的模型参数，得到更新后的被控对象模型，包括：
[0016]根据振动台电命令数字信号、振动台刚性台面位移数据及被控对象的模型结构，通过递推最小乘二算法估计被控对象在当前时刻及当前工作点的被控对象模型的模型参数；
[0017]根据模型参数对被控对象模型进行更新，得到更新后的被控对象模型，每一步递推步骤对应一个更新后的被控对象模型。
[0018]进一步的，根据更新后的被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令，包括：
[0019]对每一个更新后的被控对象模型进行预测精度判断，得到被控对象模型预测精度值；
[0020]将被控对象模型预测精度值与当前控制用模型的控制用模型预测精度值进行比较；
[0021]当目标被控对象模型的被控对象模型预测精度值大于控制用模型预测精度值，且大于预设容许精度值时，将目标被控对象模型转换为目标控制用模型，根据目标控制用模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令。
[0022]进一步的，根据目标控制用模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令，包括：
[0023]将目标被控对象模型转换为能控标准型，得到目标控制用模型；
[0024]通过卡尔曼滤波器估计目标控制用模型的模型状态参数；
[0025]基于极点配置算法，通过调整状态反馈增益矩阵将目标控制用模型的极点配置到期望极点，对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令。
[0026]进一步的，工作点平滑算法包括状态估计平滑算法及控制命令平滑算法。
[0027]第二方面，提供一种适用于振动台的自适应状态反馈控制系统，包括：
[0028]预设模块，将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型；
[0029]模型更新模块，用于通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的被控对象的模型参数，得到更新后的被控对象模型，更新后的被控对象模型用于描述被控对象的当前特性；
[0030]状态反馈控制器模块，用于根据更新后的被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令；
[0031]工作点平滑算法模块，用于通过工作点平滑算法实现状态反馈控制器对更新前后的被控对象模型进行衔接处理和被控对象控制命令的平滑处理。
[0032]进一步的，模型更新模块，具体用于根据振动台电命令数字信号、振动台刚性台面位移数据及被控对象的模型结构，通过递推最小乘二算法估计被控对象在当前时刻及当前工作点的被控对象模型的模型参数；根据模型参数对被控对象模型进行更新，得到更新后的被控对象模型，每一步递推步骤对应一个更新后的被控对象模型。
[0033]进一步的，状态反馈控制器模块，具体用于对每一个更新后的被控对象模型进行预测精度判断，得到被控对象模型预测精度值；将被控对象模型预测精度值与当前控制用模型的控制用模型预测精度值进行比较；当目标被控对象模型的被控对象模型预测精度值大于控制用模型预测精度值，且大于预设容许精度值时，将目标被控对象模型转换为目标控制用模型，根据目标控制用模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令。
[0034]进一步的，状态反馈控制器模块，还用于将目标被控对象模型转换为能控标准型，得到目标控制用模型；通过卡尔曼滤波器估计目标控制用模型的模型状态参数；基于极点配置算法，通过调整状态反馈增益矩阵将目标控制用模型的极点配置到期望极点，对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令。
[0035]本专利技术所达到的有益效果：
[0036]将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型，通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的被控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，其特征在于，包括：将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型；通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的所述被控对象的模型参数，得到更新后的所述被控对象模型，更新后的所述被控对象模型用于描述所述被控对象的当前特性；根据更新后的所述被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令；通过工作点平滑算法实现所述状态反馈控制器对更新前后的所述被控对象模型进行衔接处理和所述被控对象控制命令的平滑处理。2.根据权利要求1所述的适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，其特征在于，所述将振动台及试验试件作为被控对象，预先设定被控对象的模型结构，确定被控对象模型，包括：将振动台及试验试件作为被控对象；确定所述振动台的输入信号为振动台电命令数字信号且输出信号为振动台刚性台面位移数据，所述输入信号和所述输出信号的信号类型为离散信号；预先设定单输入单输出线性离散传递函数为所述被控对象的模型结构，确定被控对象模型。3.根据权利要求2所述的适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，其特征在于，所述通过模型在线辨识算法实时更新位于当前时刻当前工作点的所述被控对象的模型参数，得到更新后的所述被控对象模型，包括：根据所述振动台电命令数字信号、所述振动台刚性台面位移数据及所述被控对象的模型结构，通过递推最小乘二算法估计所述被控对象在当前时刻及当前工作点的所述被控对象模型的模型参数；根据所述模型参数对所述被控对象模型进行更新，得到更新后的所述被控对象模型，每一步递推步骤对应一个更新后的所述被控对象模型。4.根据权利要求3所述的适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，其特征在于，所述根据更新后的所述被控对象模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令，包括：对每一个更新后的所述被控对象模型进行预测精度判断，得到被控对象模型预测精度值；将所述被控对象模型预测精度值与当前控制用模型的控制用模型预测精度值进行比较；当目标被控对象模型的所述被控对象模型预测精度值大于所述控制用模型预测精度值，且大于预设容许精度值时，将所述目标被控对象模型转换为目标控制用模型，根据所述目标控制用模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令。5.根据权利要求4所述的适用于振动台的自适应状态反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述目标控制用模型对状态反馈控制器进行实时在线设计并修正被控对象控制命令，包括：
将所述目标被控对象模型转换为能控标准型，得到目标控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：国巍，邵平，史策，雷琪，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：