CN109491418B - 一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台及其控制方法，属于隔振领域。本发明实验平台不仅可以反映算法主动控制的效果，而且可以通过模拟次级通道的变化以观察控制效果反映出次级通道辨识算法对于次级通道发生突变情况下的实时跟踪能力。能较好的贴近实际工程应用情况，且控制器和作动器的选择较多可广泛应用于各种控制器和基于各种智能作动器的隔振，对于推动基于各种智能材料作动器的主动隔振应用研究具有重要的实际意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台及其控制方法，属于隔振领域。
背景技术
随着精密加工、精密测量以及微装配等技术的发展，微振动对精密加工精度的影响变得十分突出。被动隔振方法对于低频振动控制效果不佳，而主动隔振技术对其有良好的控制效果。目前，主要的主动隔振控制算法为基于F-XLMS的自适应滤波控制算法，其应用简单控制效果好被广泛应用于主动噪声和振动控制中，然而由于在控制系统中存在次级通道（从主动控制作动器到最终误差检测传感器之间的物理通道叫做次级通道），次级通道对振动主动控制系统的控制效果和系统收敛的稳定性有着重要影响，但次级通道的辨识模型与实际模型之间的相位差大于一定值时系统将不会稳定。目前，对于次级通道的辨识主要有离线辨识和在线辨识；离线辨识是在控制开始之前，用系统辨识的方法辨识次级通道传递函数的相关参数，其应用简单但是由于在实际工程应用中，次级通道经常会发生改变所以离线辨识无法在控制过程中准确跟踪次级通道的变化故不具有实际工程应用价值。次级通道在线辨识由于在控制过程中能实时跟踪次级通道的变化具有较高的工程实际应用价值是目前研究的热点，但目前关于次级通道在线辨识的研究大部分都是仿真验证或者只是对次级通道进行辨识而没考虑次级通道突变的因素，实验中并没有在控制过程中改变系统的次级通道，所以无法检测各种次级通道辨识算法对于次级通道的跟踪性能。
发明内容
本发明提供了一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台及其控制方法，以用于实现主动隔振的目的等。
本发明的技术方案是：一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，包括隔振平台1、位移传感器2、作动器Ⅱ驱动电源3、作动器Ⅰ驱动电源4、控制器5、加速度传感器7、激振器8、激振器功率放大器9、振动基座10、作动器Ⅰ11和作动器Ⅱ12；其中隔振平台1、作动器Ⅱ12、作动器Ⅰ11、振动基座10、激振器8从上住下依次连接，加速度传感器7固定在振动基座10的下端面，位移传感器2位于隔振平台1的上方；加速度传感器7、位移传感器2的输入端均连接控制器5的输入端，控制器5的输出端分别连接作动器Ⅱ驱动电源3、作动器Ⅰ驱动电源4的输入端，作动器Ⅱ驱动电源3的输出端连接作动器Ⅱ12的输入端、作动器Ⅰ驱动电源4的输出端连接作动器Ⅰ11的输入端，激振器功率放大器9的输出端连接激振器8的输入端。
还包括与控制器5连接的上位机6，通过上位机6显示控制器5输出的信息。
所述控制器5采用数字信号处理器、Compact- RIO平台或dSPACE 实时仿真系统。
所述作动器Ⅰ11和作动器Ⅱ12选择压电陶瓷式、形状记忆合金式或磁致伸缩式材料制作。
一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台的控制方法，方法步骤如下：
首先由激振器功率放大器9控制激振器8给振动基座10产生一初始振动激励，通过加速度传感器7测得的振动基座10初始振动作为初始振动参考信号和位移传感器2测得的隔振平台1位移信号输入给控制器5，控制器5采用叠加白噪声的次级通道在线辨识的振动主动控制算法对输入信号进行计算处理辨识出次级通道的具体参数并通过该次级通道的具体参数给出一个位移信号经作动器Ⅰ驱动电源4驱动作动器Ⅰ11产生相应的位移以抵消振动基座10的初始振动；
通过抵消后，经位移传感器2测得的位移信号收敛到稳定值，控制器5再通过另一输出通道经作动器Ⅱ驱动电源3驱动作动器Ⅱ12产生另一位移以模拟次级通道发生突变化的情况。
本发明的有益效果是：该实验平台不仅可以反映算法主动控制的效果，而且可以通过模拟次级通道的变化以观察控制效果反映出次级通道辨识算法对于次级通道发生突变情况下的实时跟踪能力。能较好的贴近实际工程应用情况，且控制器和作动器的选择较多可广泛应用于各种控制器和基于各种智能作动器的隔振，对于推动基于各种智能材料作动器的主动隔振应用研究具有重要的实际意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图中各标号：1-隔振平台，2-位移传感器，3-作动器Ⅱ驱动电源，4-作动器Ⅰ驱动电源，5-控制器，6-上位机，7-加速度传感器，8-激振器，9-激振器功率放大器，10-振动基座，11-作动器Ⅰ，12-作动器Ⅱ。
具体实施方式
实施例1：如图1所示，一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，包括隔振平台1、位移传感器2、作动器Ⅱ驱动电源3、作动器Ⅰ驱动电源4、控制器5、加速度传感器7、激振器8、激振器功率放大器9、振动基座10、作动器Ⅰ11和作动器Ⅱ12；其中隔振平台1、作动器Ⅱ12、作动器Ⅰ11、振动基座10、激振器8从上住下依次连接，加速度传感器7固定在振动基座10的下端面，位移传感器2位于隔振平台1的上方；加速度传感器7、位移传感器2的输入端均连接控制器5的输入端，控制器5的输出端分别连接作动器Ⅱ驱动电源3、作动器Ⅰ驱动电源4的输入端，作动器Ⅱ驱动电源3的输出端连接作动器Ⅱ12的输入端、作动器Ⅰ驱动电源4的输出端连接作动器Ⅰ11的输入端，激振器功率放大器9的输出端连接激振器8的输入端。
还包括与控制器5连接的上位机6，通过上位机6显示控制器5输出的信息。
所述控制器5采用数字信号处理器、Compact- RIO平台或dSPACE 实时仿真系统。
所述作动器Ⅰ11和作动器Ⅱ12选择压电陶瓷式、形状记忆合金式或磁致伸缩式材料制作。
一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台的控制方法，方法步骤如下：
首先由激振器功率放大器9控制激振器8给振动基座10产生一初始振动激励，通过加速度传感器7测得的振动基座10初始振动作为初始振动参考信号和位移传感器2测得的隔振平台1位移信号输入给控制器5，控制器5采用叠加白噪声的次级通道在线辨识的振动主动控制算法对输入信号进行计算处理辨识出次级通道的具体参数并通过该次级通道的具体参数给出一个位移信号经作动器Ⅰ驱动电源4驱动作动器Ⅰ11产生相应的位移以抵消振动基座10的初始振动，从而控制隔振平台的振动以达到主动隔振的目的。通过观测位移传感器2检测到的隔振平台振动位移信号逐渐减小到稳定值的时间和振动位移信号下降的幅值，以反映算法的主动控制和次级通道在线辨识的效果。通过抵消后，经位移传感器2测得的位移信号收敛到稳定值，控制器5再通过另一输出通道经作动器Ⅱ驱动电源3驱动作动器Ⅱ12产生另一位移以模拟次级通道发生突变化的情况（另一位移具体指：在初始激励下，主动隔振作动器Ⅰ11没有工作的情况下隔振平台振动位移最大幅值的10%）。通过观察位移传感器输入的检测隔振平台最终位移再次收敛的速度以反映次级通道在线辨识算法对于次级通道在线跟踪和辨识速度的能力。
本发明在主动隔振系统实验验证装置的基础上，增加了作动器Ⅱ12以模拟实际工程应用情况中次级通道发生突变的情况，不仅能验证基于次级通道在线辨识的主动控制算法对于振动的主动控制和次级通道的辨识能力，同时也能验证算法对于次级通道的跟踪能力和直观的反映算法对次级通道的辨识速度，对于推动基于次级通道在线辨识的主动控制算法在实际工程中的主动隔振应用研究具有重要的实际意义。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (4)
1.一种基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，其特征在于：包括隔振平台（1）、位移传感器（2）、作动器II驱动电源（3）、作动器I驱动电源（4）、控制器（5）、加速度传感器（7）、激振器（8）、激振器功率放大器（9）、振动基座（10）、作动器I（11）和作动器II（12）；其中隔振平台（1）、作动器II（12）、作动器I（11）、振动基座（10）、激振器（8）从上住下依次连接，加速度传感器（7）固定在振动基座（10）的下端面，位移传感器（2）位于隔振平台（1）的上方；加速度传感器（7）、位移传感器（2）的输入端均连接控制器（5）的输入端，控制器（5）的输出端分别连接作动器II驱动电源（3）、作动器I驱动电源（4）的输入端，作动器II驱动电源（3）的输出端连接作动器II（12）的输入端、作动器I驱动电源（4）的输出端连接作动器I（11）的输入端，激振器功率放大器（9）的输出端连接激振器（8）的输入端；
控制方法步骤如下：
首先由激振器功率放大器（9）控制激振器（8）给振动基座（10）产生一初始振动激励，通过加速度传感器（7）测得的振动基座（10）初始振动作为初始振动参考信号和位移传感器（2）测得的隔振平台（1）位移信号输入给控制器（5），控制器（5）采用叠加白噪声的次级通道在线辨识的振动主动控制算法对输入信号进行计算处理辨识出次级通道的具体参数并通过该次级通道的具体参数给出一个位移信号经作动器I驱动电源（4）驱动作动器I（11）产生相应的位移以抵消振动基座（10）的初始振动；
通过抵消后，经位移传感器（2）测得的位移信号收敛到稳定值，控制器（5）再通过另一输出通道经作动器II驱动电源（3）驱动作动器II（12）产生另一位移以模拟次级通道发生突变化的情况。
2.根据权利要求1所述的基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，其特征在于：还包括与控制器（5）连接的上位机（6）,通过上位机（6）显示控制器（5）输出的信息。
3.根据权利要求1所述的基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，其特征在于：所述控制器（5）采用数字信号处理器、Compact-RIO平台或dSPACE实时仿真系统。
4.根据权利要求1所述的基于次级通道在线辨识的主动隔振系统实验平台，其特征在于：所述作动器I(11)和作动器II(12)选择压电陶瓷式、形状记忆合金式或磁致伸缩式材料制作。
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