自适应时滞补偿加筋板无线振动控制研究_马天兵.pdf
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1、为了解决时滞问题带来的控制系统无线传输信号滞后问题,提高压电加筋板振动系统控制效果,提出一种基于改进幂次趋近律滑模算法的自适应 时滞补偿方法,并通过李亚普洛夫第二法则验证了稳定性,最终使得系统控制效果得到有效提升。实验结论表明,添加自适应 时滞补偿加筋板无线振动控制系统的控制效果为,相较于未添加自适应预估补偿的,改进后的振动幅值降低,控制效果提升。关键词:压电加筋板;无线传输;时滞补偿;幂次趋近律;滑模算法中图分类号:文献标志码:文章编号:()收稿日期:基金项目:安徽高校自然科学研究基金资助项目();安徽省自然科学基金资助项目();国家重点实验室基金资助项目();安徽省重点研究与开发计划基金资
2、助项目();安徽高校协同创新基金资助项目()作者简介:马天兵(),男,安徽合肥人,教授,博士,研究方向:智能振动控制。,(,;,):,:,:;在无线传输过程中,由于时滞现象是难以避免的,如何减少系统的时滞或者降低时滞给系统带来的影响成了众多学者的研究重点。近年来,对于时滞的补偿方法也越来越多,文献提出一种两级自适应时滞补偿方法,将自适应补偿技术与多项式外插时滞补偿法相结合,结果表明,该方法的补偿效果显著、补偿性能好、控制效果稳定,但该方法前期存在信号不稳定现象,初定参数有待商榷,所做实验验证对象单一,可行性还有待进一步的验证。文献提出一种常数时滞补偿算法的模糊控制方法,结果表明,单频激励时的振
3、动控制能力优良,实现了低功耗高衰减的效果,但多频激励时的振动控制能力不高,且其要求系统模型精度高。文献提出一种结合自抗扰控制器的时滞补偿振动控制方法,在微分器中引入基于 曲线的微分 预估器,减弱了时滞带来的不利影响,结果表明,该方法提高了系统的抑振能力,有效解决了时延问题且具有良好抗干扰能力。但该方法在有较大噪声时的控制性能不是很好、对参数要求较高、待整参数较多、设计复杂。综上,专家学者们多用于自适应 预估技术与其他算法相结合来提高系统的综合性能。虽然自适应 预估器已经运用于多个领域中,但是在加筋板无线振动控制领域中鲜有学者引用,因此本文提出了一种基于自适应 时滞补偿法,构造了自适应补偿因子,
4、与改进的幂次趋近律滑模控制算法相结合,并通过仿真和实验,验证了改进时滞补偿算法的有效性,显著提升了振动控制效果。自适应时滞补偿滑模控制算法 自适应 预估原理近年来,对于时滞的补偿方法有很多,主要有多项式预测法、移项法、神经网络预测法及常用的预估补偿法。而 预估补偿本质上就是一种提前预估系统状态输出的补偿滞后方法。预估补偿法的基本原理为:对于一个控制系统,预估其在激励条件下的动态特性,然后通过时滞偏差在系统中并联一个反馈增益,从而做到对控制系统的反馈补偿。但传统的 预估器对系统误差非常敏感,要求系统模型有非常高的精度,而自适应 预估器就是对系统中纯滞后的参数实时更新其预估状态,达到系统参数的实时
5、修正效果,从而提高系统的稳定性作用,其逻辑原理如图 所示。图 自适应 预估器逻辑图 自适应时滞补偿趋近律滑模算法在加筋板无线振动控制系统中,时滞量的差值是通过互相关法测得的,但测得结果存在误差。当预估时滞偏差略大时,预估器就难以保证系统的控制效果。因此,在改进幂次趋近律控制算法的基础上结合自适应 时滞补偿算法以补足偏差量,提高系统的稳定性。图 自适应预估补偿滑模控制算法原理图在图 中,()表示系统的参考输入,在经过参考模型时,其输出表现为();()表示控制信号,在经过被控系统时,其输出表现为(),经过预估模型时,其输出表现为(),产生的时延误差;表示预估补偿因子。当系统运行时,参考模型输出量与
6、被控系统输出之间会存在一个偏第 期 马天兵,等:自适应时滞补偿加筋板无线振动控制研究差信号(),偏差信号()与时延误差 之间的差值即为系统的状态误差()。当时滞测量出现偏差时,被控系统的输出与预估补偿因子之间会存在一个偏值,会驱动自适应预估器工作,并计算出自适应增益,从而调节自适应补偿因子,进而降低系统的状态误差。自适应预估模块的加入,使得系统中预估模型产生的时滞量得到了很好的补偿,大大提高了控制系统的鲁棒性,也为后面的实验奠定了稳定的算法控制基础。自适应增益 的构建考虑到加筋板振动控制系统的实际情况,这里选择二阶惯性系统作为控制律设计的载体,二阶自适应 预估器的设计如图 所示。图 二阶自适应
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