[发明专利]基于模糊和比例微分控制动态切换的风洞支杆抑振方法

摘要

本发明基于模糊和比例微分控制动态切换的风洞支杆抑振方法，属于风洞试验技术领域，涉及一种基于模糊和比例微分控制动态切换的风洞支杆抑振方法。该方法采用模糊控制和PD控制算法在一定的条件下进行动态切换，使用模糊控制对能量快速增加的情况进行控制，使用PD控制对已经将能量控制到一定水平下的情况进行继续控制。利用加速度传感器得到代表振动的信号作为反馈信号，通过控制器计算，经过功率放大器放大，实现对压电作动器的控制进而实现风洞模型振动主动抑制。该方法兼具模糊控制快速和PD控制准确的优点，弥补了以往试验方法由于控制不够快速、稳定不够准确的问题，可靠性强、鲁棒性好，适合风洞实验的实际测量中的应用。

主权项

一种基于模糊和比例微分控制动态切换的风洞支杆抑振方法，其特征是，该方法采用模糊控制和PD控制算法在一定的条件下进行动态切换，使用模糊控制对能量快速增加的情况进行控制，使用PD控制对已经将能量控制到一定水平下的情况进行继续控制；利用加速度传感器得到代表振动的信号作为反馈信号，通过控制器计算，经过功率放大器放大，实现对压电作动器的控制进而实现风洞模型振动主动抑制；方法的具体步骤如下：步骤一 搭建基于模糊‑PD控制动态切换的风洞支杆抑振系统将加速度传感器(1)安装在飞行器模型(8)上，压电作动器(10)安装在支杆(9)的尾端；连接支杆(9)和飞行器模型(8)；将支杆(9)与攻角调整装置(11)固定连接；将数据采集卡(5)安装在计算机(4)主板上；连接加速度传感器(1)和数据采集卡(5)；再将计算机(4)、控制器(6)、功率放大器(7)和压电作动器(10)依次连接；将激振器(3)放置在飞行器模型(8)下方，并将信号发生器(2)与激振器(3)连接；步骤二 确定加速度信号峰值序列采集到的振动加速度信号经过滤波处理后是按一定采样周期的离散信号a(1)，a(2)，a(3)，…,a(n‑1),a(n)；而振动是有一定周期性的，需要对离散的加速度序列进行识别；得到振动周期的加速度信号峰值序列am(1)，am(2)，am(3)，...，am(k‑1)，am(k)；步骤三 确定模糊‑PD控制动态切换标准加速度峰值序列能反应系统能量的变化；在误差量较大时，模糊控制器介入系统，进行粗调，使系统快速接近平衡位置，同时防止主动抑振器过载；在误差量较小时，PID控制器介入系统，进行微调，克服平衡点附近盲区问题，提高控制精度；使用式(1)计算算法判断因子AA=[am(n-k)am(n)+am(n-k+1)am(n)+...+am(n-1)am(n)]/k---(1)]]>其中，k为参考评价数，am(n‑k)，am(n‑k+1)，…，am(n‑1)分别为第n个峰值前k步的峰值序列；使用式(2)进行判断其中，Am为设定的临界判断因子；步骤四根据公式(2)，当A≤Am采用模糊控制算法；以加速度信号a(n)作为反馈信号，参考量r(n)≡0，式(3)计算偏差en＝a(n)‑r(n)＝a(n)  (3)首先，进行模糊化过程：通过加速度传感器把风洞支杆振动物理量(支杆尾端的振动加速度偏差e)作为计算机的输入测量值，再将此输入测量值的精确量转换为隶属度函数表示的模糊集合；把模糊控制器的输入偏差的实际范围及输出变量的实际变化范围称为这些量的基本论域；偏差e的精确量基本论域为[‑Xe，Xe]，偏差的模糊量量化论域为：X＝{‑n，‑n+1，...，n‑1，n}  (4)其中正整数n为[0，Xe]范围内连续变化的偏差离散化后分成的级数；定义偏差的量化因子KeKe＝n/Xe  (5)量化因子Ke选定后，系统的任何偏差ei总可有式(6)量化为论域上的某一元素；X=t,t≤Keei≤t+1/2t+1,t+1/2≤Keei≤t+1-n,Keei≤-nn,Keei≥n---(6)]]>其中，t为小于n的正整数；其次，进行模糊逻辑推理：根据经验已经制定好的一组模糊条件语句构成的模糊控制规则，并根据该规则按式(7)进行模糊逻辑推理，控制输出；U＝f(X)  (7)其中，f(·)是输出模糊量U对应输入模糊量X的映射函数；最后，模糊输出量和反模糊化：输出模糊集为U＝{U(‑n)，U(‑n+1)，...，U(0)，...，U(n‑1)，U(n)}  (8)使用最大隶度法，计算隶属度最大的因素作为控制量um,即：um＝max(u(‑n)，u(‑n+1)，...，u(0)，...，u(n‑1)，u(n))  (9)计算控制器的实际输出u=UUmum---(10)]]>其中，Um是输出模糊集U中的最大值，u是实际输出量；步骤五根据公式(2)，当A≥Am采用PD控制算法；采用PD控制算法，利用式(11)计算控制量u(k)＝kpen+kd(en‑en‑1)  (11)其中，kp为比例反馈系数和kd为微分反馈系数。