主动隔振系统控制器的优化设计

论文摘要

主动隔振技术是隔振领域的一个亮点,是人类对生产和生活要求提高的产物。由于其具有效果好、适应性强等潜在的优越性,已成为一条重要的振动控制新途径,可应用于航天结构振动控制、土木工程结构抗震、高速车辆隔振及其他机械设备振动控制等领域。控制器的设计是振动主动控制技术的核心环节。因此对其控制策略的研究具有重要的理论价值和现实意义。主动隔振又叫有源隔振。主要思想是,通过引入次级通路,在外部附加能源和控制策略的作用下,使得次通路的振动输出与主通路振源传来的振动相抵消,从而达到隔振的目的。本文依据其控制原理,首次以前馈控制和反馈控制两种控制方式研究了其控制器的优化设计。在前馈控制方式下,以自适应前馈控制方法FXLMS为基础,研究了有约束和无约束两种情况下,控制器的优化设计。在反馈控制方式下,针对前馈优化控制器的局限性,提出了一种基于IFT方法的主动隔振控制策略。该方法以主动隔振后的残余信号均方值为目标函数,依托系统模型,根据实际需求设计控制器阶数,并通过信赖域的优化方法对控制器参数进行迭代调整,以获得期望的固定阶数的低阶控制器。本文针对磁致伸缩作动器的主动隔振系统,将两种方式下的控制器优化设计应用其中。其中,在反馈控制器的设计中,根据隔振性能要求,将控制器分为固定部分和可变部分。固定部分根据系统要保留的性能进行设计；可变部分进行实时调整。加强了系统的可控性和鲁棒性。仿真结果表明：所设计的优化控制器都可以使残余信号衰减到零值附近,而基于IFT技术的反馈控制方法在工作频率范围内则具有更好的隔振性能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景与意义
• 1.2 振动控制方法的研究
• 1.3 主动隔振技术的研究现状
• 1.4 论文的研究内容和结构
• 1.4.1 论文的研究内容
• 1.4.2 论文的结构
• 第二章 主动隔振系统简述
• 2.1 主动隔振系统的构成要素及其分类
• 2.2 主动隔振控制系统的工作原理
• 2.2.1 作动器
• 2.2.2 控制策略
• 2.3 本章小结
• 第三章 控制器的优化设计
• 3.1 前馈控制方式下控制器的优化设计
• 3.1.1 无约束情况下
• 3.1.2 有约束的情况下
• 3.1.3 前馈优化算法与FXLMS相关算法的关系
• 3.2 反馈控制方式下的优化方法
• 3.2.1 IFT技术
• 3.2.2 主动隔振控制器的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于磁致伸缩作动器的主动隔振系统
• 4.1 磁致伸缩作动器
• 4.1.1 磁致伸缩作动器的研究现状
• 4.1.2 电磁作动器的线性模型
• 4.2 优化控制器在磁致伸缩作动器隔振系统中的应用
• 4.2.1 前馈优化控制器的设计
• 4.2.2 反馈控制器的设计
• 4.3 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 工作展望
• 5.2.1 优化控制器的研究
• 5.2.2 主动隔振系统的研究
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文