[发明专利]振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法

说明书

技术领域

本发明公开了振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法，属于非线性系统控制的技术领域。

背景技术

压电作动器利用压电材料的逆压电效应，实现电能转换为机械能输出，它具有输出力大、质量小、响应速度快、工作频率宽等优点，被广泛地应用于结构振动及辐射噪声主动控制。但是，在控制系统中，压电作动器固有的迟滞非线性特性影响控制性能，成为制约控制性能进一步提高的主要障碍。以旋转部件为激励源的结构振动响应及辐射噪声表现为周期特性，要求作动器以同频的作动力输入，控制被控结构的振动响应及辐射噪声。由于压电作动器的迟滞非线性特性，在控制谐波输入激励下将伴随高次谐波响应输出，降低控制效果。

为了降低压电作动器迟滞非线性对控制效果的影响，已有多种补偿策略，总体上可以分为两类：直接电荷控制和应用逆模型进行伪线性化补偿。电荷控制利用压电材料的位移输出与作用在它上面的电荷呈较好的线性关系，可以有效降低迟滞非线性的影响。但这种方法需要复杂的控制电荷放大设备，且只在较低的频率范围内工作时才有良好的线性度。应用逆模型进行伪线性化补偿方法通常应用Maxwell滑动模型、Preisach模型、人工神经网络等建立压电作动器的迟滞非线性模型，通过在控制通道中引入迟滞非线性模型的逆模型实现控制系统的伪线性化，另外一种途径是在前馈控制中，将参考信号经迟滞非线性模型预滤波，应用非线性自适应控制方法实现压电作动器迟滞非线性影响的补偿。建立压电作动器的迟滞非线性模型是复杂且难以精确的过程，通常需要大量的实验数据。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提供了振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法，包括如下步骤：

步骤1，确定需要补偿的高阶谐波信号；

步骤2，根据步骤1确定的需要补偿的高阶谐波信号，得到当前时段的时域控制输入谐波信号；

步骤3，以当前时段的时域控制输入谐波信号作为压电作动器驱动的控制通道的控制输入，在测量点处采集控制误差响应信号；

步骤4，处理步骤3中采集的控制误差响应信号，得到控制误差响应信号中对应需要补偿的高阶信号的余弦系数、正弦系数；

步骤5，线性谐波稳态控制器利用步骤4得到的余弦系数、正弦系数，修正控制输入谐波信号的系数，确定下一时段的时域控制输入谐波信号，返回步骤3。

所述振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法中，步骤5包括如下步骤：

步骤A，根据步骤4所述的控制误差响应信号中对应需要补偿的高阶信号的的余弦谐波系数、正弦谐波系数，利用线性谐波频域控制方法计算压电作动器下一时段控制输入中对应需要补偿的高阶信号的的谐波系数；

步骤B，由步骤A确定的压电作动器下一时段控制输入中对应需要补偿的高阶信号的的谐波系数得到压电作动器下一时段的时域控制输入谐波信号。

所述振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法中，步骤1利用如下方法确定需要补偿的高阶谐波信号：对压电作动器驱动的控制通道施加与扰动激励频率相同的简谐输入信号，采集压电作动器驱动的控制通道的作动响应信号，对作动响应信号做离散傅里叶变换得到需要补偿的高阶谐波信号。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：避免了建立复杂的迟滞非线性模型，适用于单频扰动及多频扰动情况，有效地降低压电叠层作动器的非线性影响；利用频域输出反馈控制时域输入的方法，实现了振动主动控制中压电作动器迟滞非线性的频域补偿。

附图说明

图1是压电作动器输入输出图。

图2是多谐波控制输入压电作动器迟滞非线性补偿原理图。

图3是控制系统的框图。

图4是有无控制及有无非线性补偿的加速度响应频谱图。

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：

如图1所示，压电作动器驱动的控制通道在简谐输入信号的激励下输出作动响应。

如图2、图3所示，振动主动控制中压电作动器迟滞非线性频域补偿方法，包括如下步骤。