[发明专利]一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及振动及自动控制领域，具体涉及一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法。

背景技术

振动试验是验证产品可靠性的一类重要试验，其中连续周期信号(正弦波、三角波等)是最为常见且非常重要的一类测试信号，周期信号的跟踪性能指标以幅值衰减和相位滞后来衡量，通常要求幅值误差不超过10％、相位误差不超过10°，当跟踪高频周期信号频率较高时，若激振器仅仅采用传统的前馈+PID构成闭环控制，则系统受到激振器自身固有频率的限制，跟踪信号呈现出严重的幅值和相位误差，无法满足高精度信号跟踪的要求。因此，对于高频周期信号需要构造一种能够消除幅值衰减与相位滞后的振动控制策略，如申请号为200610151150.8的专利申请提供了一种能够应用于正弦波形复现的幅相控制方法。但是该方法无法应用于具有直流分量的正弦信号，且无法满足除正弦波形之外的三角波等连续周期信号的高频高精度复现要求。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，能够精确复现连续周期信号的高频幅相解耦振动控制。

本发明采用以下技术方案予以实现：一种连续周期信号的幅相解耦振动控制方法，步骤如下：

步骤1：构造回归矩阵H，如下：

(1.1):对幅值为a，频率为ω₀，直流分量为c₀的周期信号u(t)，采用公知的傅里叶变换方法对其进行分析，获得如下描述形式

(1.2):确定系统所能复现的高频分量阶数N，其中f_s为激振器伺服系统采样频率，5≤N_s≤10；

(1.3)：构造时间序列T＝[Δt 2Δt … mΔt]^T，其中，m≥2N；

(1.4)：生成回归矩阵：

H_m×N＝[0 T sin(ω₀T) cos(ω₀T) sin(2ω₀T) cos(2ω₀T) … sin(Nω₀T) cos(Nω₀T)]；

步骤2：构造观测矩阵，X_2×m＝[X_s X_f]；

其中，X_s＝[1 z^-τ z^-2τ … z^-(m-1)τ]^Tu(t)，X_f＝[1 z^-τ z^-2τ … z^-(m-1)τ]^Ty(t)，τ为延时步长，τ＝Δt·f_s，u(t)为设定周期波信号，y(t)为激振器反馈信号；

步骤3：对观测矩阵进行傅里叶解耦变换，计算各阶控制器的偏差信号，如下：

(3.2):采用最小二乘法获得拟合参数阵

C＝[C_p C_f]＝(H^TH)^-1H^TX。

(3.2):计算偏差信号阵其中，直流控制器的偏差信号e_b＝C_p1-C_f1；基频控制器及各高阶倍频控制器的幅值偏差信号相位偏差信号

步骤4：对各阶偏差分别进行闭环调节，生成控制参数阵P(t)，控制律为：S(t)＝K_pe(t)+K_i∫e(t)dt；

步骤5：生成控制信号将该信号作为激振器的参考信号输入到激振器伺服系统进行控制。

本发明的优点是：

本发明能够有效消除激振器由于正反运动非对称特性及外负载力引起的零偏扰动，给出了任意周期信号的幅相控制方法，使得本发明适用范围大大增加，通过傅里叶变换将周期信号的控制转换为直流分量、基频分量及各阶高频分量的控制，通过构造幅值、相位、零偏三参数解耦控制器，实现了具有直流分量任意连续高频周期信号的高精度波形复现，不仅突破了激振器固有频率的约束，而且具有直观的物理意义。

附图说明

图1为激振器传递函数模型；

图2为幅相解耦控制原理图；

图3为幅相解耦控制器结构图；

图4为神经网络幅相控制器波形复现曲线图；