CN113655713A - 一种振动主动控制系统抗冲击优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种振动主动控制系统抗冲击优化方法，该方法包括以下步骤：1)根据输入信号数据块内期望信号和误差信号，对控制权系数进行更新；2)根据更新的控制权系数获得控制输出信号；3)对控制输出信号进行饱和抑制，对输出信号进行限幅。本发明方法在误差信号进入控制器后和控制输出信号进入作动器前两个阶段对现有振动主动控制算法进行改进，在保证输出信号平稳的同时，保留其变化趋势，提高振动主动控制的鲁棒性。

Description

一种振动主动控制系统抗冲击优化方法
技术领域
本发明涉及数字信号处理技术，尤其涉及一种振动主动控制系统抗冲击优化方法。
背景技术
振动主动控制系统在控制过程中受到冲击时，如控制过程中基座受到其他设备冲击时，会导致某一通道误差信号过大使得输出信号近乎饱和或溢出，控制器输出较大控制信号，容易进入作动器饱和工作区，导致输出力不稳定，对控制性能和稳定性造成不利影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种振动主动控制系统抗冲击优化方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种振动主动控制系统抗冲击优化方法，包括以下步骤：
一种振动主动控制系统抗冲击优化方法，包括以下步骤：
1)根据输入信号数据块内期望信号和误差信号，对控制权系数进行更新，权系数更新采用以下公式：
Figure BDA0003120034510000021
其中，L为数据块长度，
Figure BDA0003120034510000022
为第k个数据块输入期间的权系数，ηi为冲击抑制因子，i为通道编号，
Figure BDA0003120034510000023
为第k个数据块输入期间的迭代步长，
Figure BDA0003120034510000024
为控制器权系数更新量，FHT()为快速Hartley变换；
所述冲击抑制因子ηi根据数据块内误差信号能量与期望信号能量之比设计；
2)根据更新的控制权系数获得控制输出信号；
3)对控制输出信号进行饱和抑制，对输出信号进行限幅。
按上述方案，所述步骤1)中冲击抑制因子ηi设计如下：
Figure BDA0003120034510000025
di(n)、ei(n)分别为数据块内期望信号和误差信号，其中，di(n)＝Pi(z)x(n)，ei(n)直接由误差传感器采集得到；Pi(z)为初级通道权系数，x(n)为参考信号。
按上述方案，所述步骤2)中采用以下分段函数对控制输出信号进行饱和抑制：
Figure BDA0003120034510000026
a1、a2为比例系数；b为幅值调节系数，y为输出信号，f(y)为控制输出信号，ymax为输出信号限定阈值；比例系数与调节系数根据控制信号溢出程度设定。
本发明产生的有益效果是：
本发明方法在误差信号进入控制器后和控制输出信号进入作动器前两个阶段对现有振动主动控制算法进行改进，在保证输出信号平稳的同时，保留其变化趋势，提高振动主动控制的鲁棒性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例的冲击对控制系统影响示意图；
图2是本发明实施例的方法流程图；
图3是本发明实施例的百分比函数以及对输出信号的抑制效果示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
当系统受到冲击时，误差信号突变将引起权系数剧烈变化，导致输出信号突变，易超过作动器正常工作电流。冲击对控制稳定性影响如图1所示，多通道分散解耦小波包Hartley块最小均方算法中，误差信号是以块形式输入，且在数据输入期间控制权系数保持不变。要提高控制算法鲁棒性，可在误差信号进入控制器后和控制输出信号进入作动器前两个阶段对算法进行改进。
如图2所示，一种振动主动控制系统抗冲击优化方法，包括以下步骤：
1)根据输入信号数据块内期望信号和误差信号，对控制权系数进行更新，权系数更新采用以下公式：
Figure BDA0003120034510000041
其中，L为数据块长度，
Figure BDA0003120034510000042
为第k个数据块输入期间权系数，ηi为冲击抑制因子，i为通道编号，
Figure BDA0003120034510000043
为第k个数据块输入期间的迭代步长，
Figure BDA0003120034510000044
为控制器权系数更新量；
所述ηi根据数据块内误差信号能量与期望信号能量之比设计；
Figure BDA0003120034510000045
di(n)、ei(n)分别为数据块内期望信号和误差信号，其中，di(n)＝Pi(z)x(n)，ei(n)直接由误差传感器采集得到；Pi(z)为初级通道权系数，x(n)为参考信号；n为采样时刻；
系统在稳定控制状态下，
Figure BDA0003120034510000046
ηi→1权系数更新公式基本不变，当基底受到其他机械设备冲击时，
Figure BDA0003120034510000047
Figure BDA0003120034510000048
权系数修正项趋于零，控制权系数保持不变。冲击抑制因子的引入很好解决了由于误差信号突变导致控制权系数突变问题。
2)控制权系数按数据块更新，根据更新的控制权系数获得控制输出信号；
3)对控制输出信号进行饱和抑制，对输出信号进行限幅。本实施例中采用以下分段函数对控制输出信号进行饱和抑制：
Figure BDA0003120034510000051
a1、a2为比例系数；b为幅值调节系数，y为输出信号，f(y)为控制输出信号，ymax为输出信号限定阈值；比例系数与调节系数与控制信号溢出程度相关。对于函数f(y)的总体要求为，当输出信号低于饱和值，f(y)→1，当接近饱和或溢出时，要求f(y)→κ，κ为溢出系数导数，一般取κ＝y饱和/y。在实际控制系统中，可根据作动器使用要求预设饱和阈值从而确定比例系数与调节系数取值范围。
假设作动器工作最大电流为10A，系统所用功率放大器为1:1放大，则控制器输出模拟信号不超过10，现将冲击振动引起的输出信号设为4个幅值为10不同频率线谱的叠加。根据计算将比例系数a1设为0.9，a2设为0.8,幅值调节系数b为0.002，函数的抑制效果如图3(b)所示，该百分比函数对溢出控制信号有较强抑制能力，同时保证了幅值较小时逼近精度，输出信号仍为平稳渐变的，兼顾了小幅值下逼近精度与大幅值下抑制效果。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种振动主动控制系统抗冲击优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)根据输入信号数据块内期望信号和误差信号，对控制权系数进行更新，权系数更新采用以下公式：
Figure FDA0003120034500000011
其中，L为数据块长度，
Figure FDA0003120034500000012
为第k个数据块输入期间的权系数，ηi为冲击抑制因子，i为通道编号，
Figure FDA0003120034500000013
为第k个数据块输入期间的迭代步长，
Figure FDA0003120034500000014
为控制器权系数更新量，FHT()为快速Hartley变换；
所述冲击抑制因子ηi根据数据块内误差信号能量与期望信号能量之比设计；
2)根据更新的控制权系数获得控制输出信号；
3)对控制输出信号进行饱和抑制，对输出信号进行限幅。
2.根据权利要求1所述的振动主动控制系统抗冲击优化方法，其特征在于，所述步骤1)中冲击抑制因子ηi设计如下：
Figure FDA0003120034500000015
di(n)、ei(n)分别为数据块内期望信号和误差信号，其中，di(n)＝Pi(z)x(n)，ei(n)直接由误差传感器采集得到；Pi(z)为初级通道权系数，x(n)为参考信号。
3.根据权利要求1所述的振动主动控制系统抗冲击优化方法，其特征在于，所述步骤3)中采用以下分段函数对控制输出信号进行饱和抑制：
Figure FDA0003120034500000021
其中，a1、a2为比例系数；b为幅值调节系数，y为输出信号，f(y)为控制输出信号，ymax为输出信号限定阈值；比例系数与调节系数根据控制信号溢出程度设定。
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