本文選題：自適應(yīng)控制 + 振動(dòng)控制　； 參考：《南京航空航天大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：機(jī)械系統(tǒng)在其平衡位置附近的往復(fù)運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為振動(dòng),它是自然界和工程界的常見(jiàn)現(xiàn)象,振動(dòng)是基礎(chǔ)物理和經(jīng)典力學(xué)研究的重要組成部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)在空氣中的振動(dòng)以聲音的形式傳遞給人們,在人與機(jī)械的交互上,噪聲問(wèn)題也通常被歸為振動(dòng)問(wèn)題�？梢�(jiàn)噪聲是一種特殊的振動(dòng)形式,振動(dòng)與噪聲問(wèn)題的相關(guān)研究往往具有類(lèi)比性和統(tǒng)一性。振動(dòng)噪聲現(xiàn)象在在我們的生存環(huán)境中非常普遍。工業(yè)生產(chǎn)制造、建筑施工過(guò)程以及各種交通工具、家用電器工作時(shí)都存在各種振動(dòng)噪聲現(xiàn)象。其中500赫茲以下的低頻振動(dòng)噪聲波長(zhǎng)較長(zhǎng),采用傳統(tǒng)被動(dòng)控制方法對(duì)低頻振動(dòng)噪聲的控制效果差,不易于實(shí)現(xiàn)。為了解決這類(lèi)難題,振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制隨著計(jì)算機(jī)、控制器、作動(dòng)器以及傳感器等方面的發(fā)展完善,逐漸開(kāi)始被廣泛的研究和應(yīng)用。振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制技術(shù)也稱(chēng)有源控制,主要原理是通過(guò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)聲場(chǎng)和結(jié)構(gòu)響應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集,通過(guò)一定的控制律產(chǎn)生于初級(jí)振動(dòng)噪聲相干涉的次級(jí)振源或次級(jí)聲源,從而達(dá)到減震降噪的目的。對(duì)于受控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與參數(shù)存在嚴(yán)重不確定性的情況,采用自適應(yīng)振動(dòng)噪聲控制可以避免結(jié)構(gòu)參數(shù)的計(jì)算,提高控制效率。經(jīng)典自適應(yīng)控制模型是以FXLMS(Filtered-X Least Mean Square)算法為基礎(chǔ)算法的前饋控制系統(tǒng)模型,然而該算法在應(yīng)用過(guò)程中受次級(jí)通道建模影響,輸出時(shí)滯以及通道耦合等系列關(guān)鍵問(wèn)題的限制,實(shí)際應(yīng)用還不成熟。因此本文以此為背景,研究了次級(jí)通道辨識(shí)誤差對(duì)FXLMS算法控制效果的影響以及精確高效在線建模算法,提出了輸出時(shí)滯的在線估計(jì)和補(bǔ)償方法,將研究成果應(yīng)用到多通道的主動(dòng)控制系統(tǒng)中,并就集中式多通道控制系統(tǒng)耦合的問(wèn)題,提出了解耦方案。全文共分為七章,主要內(nèi)容可以歸納為:1、介紹自適應(yīng)振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制的相關(guān)理論基礎(chǔ)。首先對(duì)振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制的物理機(jī)制進(jìn)行了探討,分別以有限梁模型和自由聲場(chǎng)模型,從運(yùn)動(dòng)方程開(kāi)始推導(dǎo)出對(duì)振動(dòng)噪聲進(jìn)行主動(dòng)控制的物理機(jī)制。其次比較了自適應(yīng)前饋算法的優(yōu)勢(shì),給出FXLMS算法的推導(dǎo)過(guò)程,并分析了該算法的穩(wěn)定性和收斂性,為后續(xù)的關(guān)鍵問(wèn)題研究做出理論鋪墊。2、分析了次級(jí)通道對(duì)主動(dòng)控制算法的影響,研究了次級(jí)通路建模誤差對(duì)主動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性,收斂性和控制效果三方面的影響;并從主動(dòng)控制算法的收斂性和穩(wěn)定性以及在線建模環(huán)節(jié)對(duì)殘余振動(dòng)噪聲影響等三個(gè)方面對(duì)次級(jí)通路在線辨識(shí)算法進(jìn)行改進(jìn),給出了次級(jí)通路在線建模的三種算法,在盡量減少自適應(yīng)濾波器數(shù)目,降低算法復(fù)雜度的原則下,消除主動(dòng)控制環(huán)節(jié)和次級(jí)通道辨識(shí)環(huán)節(jié)相互影響,加快系統(tǒng)的收斂速度和在線辨識(shí)精度。3、分析了輸入時(shí)滯的產(chǎn)生原因以及對(duì)主動(dòng)控制系統(tǒng)的影響。從輸出時(shí)滯的估計(jì)和補(bǔ)償兩個(gè)方面進(jìn)行研究。首先給出了輸出時(shí)滯環(huán)節(jié)離線和在線估計(jì)方法;其次,為了消除輸出時(shí)滯環(huán)節(jié)的影響,提出了輸出時(shí)滯的濾波補(bǔ)償算法,最后為了進(jìn)一步改善時(shí)滯補(bǔ)償環(huán)節(jié)的收斂性能,將輸出時(shí)滯環(huán)節(jié)看作低通濾波器,設(shè)計(jì)了自適應(yīng)相頻補(bǔ)償器,將變化時(shí)滯轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭〞r(shí)滯,并結(jié)合基于LMS(Least Mean Square)算法進(jìn)行時(shí)滯預(yù)測(cè),給出了輸出時(shí)滯在線預(yù)測(cè)補(bǔ)償算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)輸出時(shí)滯進(jìn)行在線預(yù)測(cè)補(bǔ)償,以消除輸入時(shí)滯對(duì)控制系統(tǒng)的影響。4、針對(duì)LMS算法對(duì)寬帶振動(dòng)噪聲控制收斂速度慢的特點(diǎn),采用對(duì)寬帶振動(dòng)噪聲抵消具有快速收斂能力的RLS(recursive least Square)算法,并結(jié)合無(wú)限脈沖響應(yīng)濾波器IIR(Infinite Impulse Response)傳遞函數(shù)是一個(gè)即有零點(diǎn)又包含極點(diǎn)的結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),將RLS應(yīng)用到了自適應(yīng)FU-濾波算法結(jié)構(gòu)中去,在一定程度上解決振動(dòng)噪聲次級(jí)反饋可能帶來(lái)的控制系統(tǒng)的不穩(wěn)定問(wèn)題,提高了算法的收斂性。將單通道次級(jí)通道在線建模算法擴(kuò)展應(yīng)用到多通道自適應(yīng)主動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中,推導(dǎo)多通道次級(jí)通道在線建模的算法,對(duì)于每個(gè)次級(jí)通道的在線建模實(shí)現(xiàn)獨(dú)立快速的收斂步長(zhǎng)調(diào)整策略,解決了多通道次級(jí)通道在線建模問(wèn)題。5、由于集中式多通道主動(dòng)控制算法存在多通道耦合使得控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得脆弱的缺陷,單個(gè)作動(dòng)器或誤差傳感器的失效將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效,并且隨著通道數(shù)的增加,多通道的耦合算法將不可避免的使控制系統(tǒng)的計(jì)算量大量增加,加大了控制算法實(shí)現(xiàn)的難度。為了解決這個(gè)問(wèn)題,給出分散式多通道自適應(yīng)主動(dòng)控制算法,并分析了算法的穩(wěn)定性和收斂性;并提出一種矩陣解耦的方法,通過(guò)插入解耦補(bǔ)償器,可以有效的將集中式多通道主動(dòng)控制進(jìn)行完全解耦。6、振動(dòng)和噪聲自適應(yīng)主動(dòng)控制試驗(yàn)研究為了驗(yàn)證本課題研究的振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制系統(tǒng),搭建基于美國(guó)國(guó)家儀器公司的可重新配置嵌入式控制盒采集系統(tǒng)(NI Compact RIO)振動(dòng)噪聲主動(dòng)控制試驗(yàn)平臺(tái)。進(jìn)行了基于次級(jí)通道在線建模主動(dòng)控制試驗(yàn)、輸出時(shí)滯濾波補(bǔ)償算法以及多通道自適應(yīng)振動(dòng)主動(dòng)控制試驗(yàn),驗(yàn)證本文算法的工程適用性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB535

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本文編號(hào)：1767801