CN109901393B - 一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法，基于频域方法辨识阀控缸电液加速度伺服系统的阻抗特性，能够保证阀控缸电液加速度伺服系统阻抗特性中谐振峰和谐振谷频段的准确辨识，进而保证了谐振峰或谐振谷频段的波形再现的控制精度。而且本发明根据阀控缸电液加速度伺服系统时变条件下的输入输出特性对阻抗进行实时修正，该修正计算方法能够保证阻抗修正结果的收敛性，因此提高了阀控缸电液加速度伺服系统时变条件下波形再现的控制精度。利用本发明可将阀控缸电液加速度伺服系统加速度输出信号与加速度参考信号的时域峰值误差控制在15％以内。本发明能够满足随机波再现的实验要求，易于采用计算机数字控制实现。

Description

一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法
技术领域
本发明涉及机械领域的阀控缸电液加速度伺服系统控制方法，特别是一种阀控缸电液加速度伺服系统的随机波再现控制方法。
背景技术
振动模拟实验的目的在于考核试件在振动激励下的结构可靠性和操纵可靠性，目前被广泛应用于航空、航天、汽车、建筑等工业领域和部门。电液振动台易于实现低频大位移、大推力的振动激励，结构牢固，负载能力大，常用于大型结构或试件的振动模拟实验。阀控缸电液加速度伺服系统是电液振动台的核心技术。借助阀控缸电液加速度伺服系统才能在振动台上复现出实测的参考信号，对被试件在典型振动条件下的反应进行测试，并以此为依据指导被试件抗振设计，提高被试件的抗振性能。
试件在工作环境中经受的振动形式大多为随机振动，振动不局限在确定的频率点上。要模拟这种振动形式，就需要通过阀控缸电液加速度伺服系统复现实测的随机波信号。受油温变化及供油压力波动等因素影响，将加速度随机波参考信号直接输入到阀控缸电液加速度伺服系统中时，系统的输出信号与参考信号相比往往存在较大偏差。利用系统阻抗对驱动信号进行修正，能够明显提高随机波参考信号的再现精度。
中国专利ZL200910187972.5公开了《一种基于卡尔曼滤波器的电液伺服系统波形再现控制方法》和中国专利ZL200910187971.0公开了《一种电液伺服系统实时波形再现控制方法》，这两项专利利用自适应滤波器辨识电液伺服系统的阻抗函数，基于阻抗函数辨识结果实时修正参考信号，达到提高波形再现实验控制精度的目的。受电液伺服控制系统实时性指标限制，自适应滤波器阶数不能选取过高，导致无法辨识系统真实阻抗特性中的谐振峰和谐振谷，影响谐振峰和谐振谷频段的波形再现的控制精度。
中国专利ZL201310332240.7公开了《一种电液加速度伺服系统波形再现控制方法》和中国专利ZL201310331467.X公开了《一种电液加速度伺服系统的波形再现控制方法》，这两项专利基于频域方法，利用输出信号与输入信号的傅里叶变换之比计算系统阻抗，利用卷积修正驱动信号，以提高波形再现实验控制精度。频域方法能够辨识阻抗特性中的谐振峰和谐振谷，但当系统特性发生变化时，专利中所述方法很难保证阻抗辨识结果的收敛，进而影响系统时变条件下波形再现的控制精度。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种既能提高谐振峰和谐振谷频段的波形再现的控制精度，又能提高时变条件下波形再现的控制精度的阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法，包括以下步骤：
A、设置迭代次数n的初值，令n＝1。
B、设加速度时域随机波参考信号为R(t)，将R(t)经傅里叶变换模块A变换为R(f)，R(f)为加速度时域随机波参考信号的傅里叶变换信号，即加速度频域参考信号。
C、将R(f)、Dn-1(f)、Cn-1(f)和Zn-1(f)输入到加速度驱动信号生成模块，计算第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)，计算公式为：
Figure BDA0002002460950000021
式中符号“。”表示Hadamard积；Dn-1(f)为第n-1次迭代时的频域驱动信号；Cn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统输出信号的傅里叶变换信号，Zn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统的阻抗信号。
D、将第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)经逆傅里叶变换模块变换为第n次迭代时的时域驱动信号Dn(t)，并同时将Dn(f)输出到阻抗修正模块以及延迟模块A中，Dn(f)在延迟模块A中保留到下一次迭代，以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用。将Dn(t)作为第n次迭代时的阀控缸电液加速度伺服系统的输入信号。
E、采集第n次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统的输出信号Cn(t)，将Cn(t)经傅里叶变换模块B变换为Cn(f)，并将Cn(f)输出到延迟模块B以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用。
F、将Cn(f)、Dn(f)、Cn-1(f)、Dn-1(f)、Zn-1(f)作为阻抗修正模块的输入信号，计算Zn(f)，并将Zn(f)输出到延迟模块C以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用，Zn(f)的计算公式为：
Figure BDA0002002460950000031
式中G2(f)为Cn(t)的自功率谱密度平均值；G1(f)为Cn(t)与Dn(t)的互功率谱密度平均值；
Xn-1(f)＝Dn(f)-Dn-1(f)
Yn-1(f)＝Cn(f)-Cn-1(f)
Figure BDA0002002460950000032
表示求Xn-1(f)的共轭；
G、计算R(t)与Cn(t)的时域峰值误差，检验波形再现实验的控制精度。计算公式为：
Figure BDA0002002460950000033
式中，|R(t)-Cn(t)|表示计算R(t)-Cn(t)的绝对值；max|R(t)|表示先计算R(t)信号的绝对值，再求取绝对值之后的最大值；
Figure BDA0002002460950000034
表示计算
Figure BDA0002002460950000035
的最大值；ε为R(t)与Cn(t)的时域峰值误差精度。如果计算结果满足上式，则结束；否则，令n＝n+1，转步骤C。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明基于频域方法辨识阀控缸电液加速度伺服系统的阻抗特性，能够保证阀控缸电液加速度伺服系统阻抗特性中谐振峰和谐振谷频段的准确辨识，进而保证了谐振峰或谐振谷频段的波形再现的控制精度。而且本发明根据阀控缸电液加速度伺服系统时变条件下的输入输出特性对阻抗进行实时修正，该修正计算方法能够保证阻抗修正结果的收敛性，因此提高了阀控缸电液加速度伺服系统时变条件下波形再现的控制精度。利用本发明可将阀控缸电液加速度伺服系统加速度输出信号与加速度参考信号的时域峰值误差控制在15％以内。
2、本发明的所有步骤均可通过软件编程实现。在CPU为Intel PD 2.6G、内存为1G的Advantech工控机IPC-610上测试，算法的运行周期小于1ms，能够满足阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现的实验要求，所以本发明易于采用计算机数字控制实现。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
图中：1、傅里叶变换模块A，2、加速度驱动信号生成模块，3、逆傅里叶变换模块，4、阀控缸电液加速度伺服系统，5、傅里叶变换模块B，6、延迟模块B，7、阻抗修正模块，8、延迟模块C，9、延迟模块A。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法，包括以下步骤：
A、设置迭代次数n的初值，令n＝1。
B、设加速度时域随机波参考信号为R(t)，将R(t)经傅里叶变换模块A1变换为R(f)，R(f)为加速度时域随机波参考信号的傅里叶变换信号，即加速度频域参考信号。
C、将R(f)、Dn-1(f)、Cn-1(f)和Zn-1(f)输入到加速度驱动信号生成模块2，计算第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)，计算公式为：
Figure BDA0002002460950000041
式中符号“ο”表示Hadamard积；Dn-1(f)为第n-1次迭代时的频域驱动信号；Cn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统4输出信号的傅里叶变换信号，Zn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统4的阻抗信号。
D、将第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)经逆傅里叶变换模块3变换为第n次迭代时的时域驱动信号Dn(t)，并同时将Dn(f)输出到阻抗修正模块7以及延迟模块A9中，Dn(f)在延迟模块A9中保留到下一次迭代，以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用。将Dn(t)作为第n次迭代时的阀控缸电液加速度伺服系统4的输入信号。
E、采集第n次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统4的输出信号Cn(t)，将Cn(t)经傅里叶变换模块B5变换为Cn(f)，并将Cn(f)输出到延迟模块B6以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用。
F、将Cn(f)、Dn(f)、Cn-1(f)、Dn-1(f)、Zn-1(f)作为阻抗修正模块7的输入信号，计算Zn(f)，并将Zn(f)输出到延迟模块C8以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用，Zn(f)的计算公式为：
Figure BDA0002002460950000051
式中，G2(f)为Cn(t)的自功率谱密度平均值；G1(f)为Cn(t)与Dn(t)的互功率谱密度平均值；
Xn-1(f)＝Dn(f)-Dn-1(f)
Yn-1(f)＝Cn(f)-Cn-1(f)
Figure BDA0002002460950000052
表示求Xn-1(f)的共轭；
G、计算R(t)与Cn(t)的时域峰值误差，检验波形再现实验的控制精度。计算公式为：
Figure BDA0002002460950000053
式中，|R(t)-Cn(t)|表示计算R(t)-Cn(t)的绝对值；max|R(t)|表示先计算R(t)信号的绝对值，再求取绝对值之后的最大值；
Figure BDA0002002460950000054
表示计算
Figure BDA0002002460950000055
的最大值；ε为R(t)与Cn(t)的时域峰值误差精度。如果计算结果满足上式，则结束；否则，令n＝n+1，转步骤C。
本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种阀控缸电液加速度伺服系统随机波再现控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
A、设置迭代次数n的初值，令n＝1；
B、设加速度时域随机波参考信号为R(t)，将R(t)经傅里叶变换模块A(1)变换为R(f)，R(f)为加速度时域随机波参考信号的傅里叶变换信号，即加速度频域参考信号；
C、将R(f)、Dn-1(f)、Cn-1(f)和Zn-1(f)输入到加速度驱动信号生成模块(2)，计算第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)，计算公式为：
Figure FDA0002002460940000011
式中符号
Figure FDA0002002460940000012
表示Hadamard积；Dn-1(f)为第n-1次迭代时的频域驱动信号；Cn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统(4)输出信号的傅里叶变换信号，Zn-1(f)为第n-1次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统(4)的阻抗信号；
D、将第n次迭代时的频域驱动信号Dn(f)经逆傅里叶变换模块(3)变换为第n次迭代时的时域驱动信号Dn(t)，并同时将Dn(f)输出到阻抗修正模块(7)以及延迟模块A(9)中，Dn(f)在延迟模块A(9)中保留到下一次迭代，以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用；将Dn(t)作为第n次迭代时的阀控缸电液加速度伺服系统(4)的输入信号；
E、采集第n次迭代时阀控缸电液加速度伺服系统(4)的输出信号Cn(t)，将Cn(t)经傅里叶变换模块B(5)变换为Cn(f)，并将Cn(f)输出到延迟模块B(6)以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用；
F、将Cn(f)、Dn(f)、Cn-1(f)、Dn-1(f)、Zn-1(f)作为阻抗修正模块(7)的输入信号，计算Zn(f)，并将Zn(f)输出到延迟模块C(8)以供下一次迭代的步骤C和步骤F使用，Zn(f)的计算公式为：
Figure FDA0002002460940000021
式中，G2(f)为Cn(t)的自功率谱密度平均值；G1(f)为Cn(t)与Dn(t)的互功率谱密度平均值；
Xn-1(f)＝Dn(f)-Dn-1(f)
Yn-1(f)＝Cn(f)-Cn-1(f)
Figure FDA0002002460940000022
表示求Xn-1(f)的共轭；
G、计算R(t)与Cn(t)的时域峰值误差，检验波形再现实验的控制精度；计算公式为：
Figure FDA0002002460940000023
式中，|R(t)-Cn(t)|表示计算R(t)-Cn(t)的绝对值；max|R(t)|表示先计算R(t)信号的绝对值，再求取绝对值之后的最大值；
Figure FDA0002002460940000024
表示计算
Figure FDA0002002460940000025
的最大值；ε为R(t)与Cn(t)的时域峰值误差精度；如果计算结果满足上式，则结束；否则，令n＝n+1，转步骤C。
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