【摘要】：針對耦合反饋振動控制系統(tǒng)中不可避免地存在延時問題,建立了雙層耦合反饋數(shù)字控制系統(tǒng)模型。應(yīng)用信號傳遞框圖分析了反饋控制系統(tǒng)中多作動器的力耦合關(guān)系,克服了傳統(tǒng)反饋控制流圖中只考慮作動器單端反饋控制力的不足;推導(dǎo)了系統(tǒng)在耦合反饋控制策略時的力傳遞函數(shù)及Z域表達式,研究了控制系統(tǒng)在不同采樣時間、阻尼參數(shù)和反饋方式下的階躍響應(yīng)。結(jié)果表明在延遲時間較小時,系統(tǒng)的響應(yīng)能夠逼近對應(yīng)連續(xù)系統(tǒng)的響應(yīng),但延遲時間過大時,對應(yīng)數(shù)字控制系統(tǒng)的極點將越過單位圓邊界,系統(tǒng)失去穩(wěn)定性,設(shè)計合適的延遲補償環(huán)節(jié)可以顯著增加控制效果。
【圖文】：

控制信號u=(u1，u2)T和響應(yīng)之間的關(guān)系為u1u()2=S11S12S21S[]22Xu1X()u2(1)而兩個作動器產(chǎn)生的力分別為fs1f()s2=T11T12T21T[]22u1u()2(2)令:Φ=S11S12S21S[]22，Ta=T11T12T21T[]22，Φ表示反饋增益矩陣，Ta表示控制信號和作動力之間的傳遞轉(zhuǎn)換矩陣。由于實際振動控制中，需要對響應(yīng)進行采集、信號調(diào)理后再輸入到作動器進行反饋控制因此控制系統(tǒng)中需要加入采樣環(huán)節(jié)，如圖1所示。通過對振動數(shù)字控制系統(tǒng)進行分析，可以有效地研究采樣時間、反饋增益、耦合系數(shù)和阻尼等參數(shù)對系統(tǒng)響應(yīng)的影響。圖1振動控制數(shù)字控制系統(tǒng)示意圖Fig．1Digitalcontrolsystemforvibrationcontrol為了簡化分析，，取振動位移近似滿足如下關(guān)系:Xu1Xu2Xd1Xd2=10l1010－l20010l1010－l2X1X2θ1θ2(3)式中:Xi為上下層質(zhì)量塊質(zhì)心垂直振動位移，θi為上下層質(zhì)塊繞質(zhì)心的角位移，Xui和Xdi為上下層質(zhì)塊兩端振動位移;li為兩個作動器到質(zhì)心之間的距離(i=1，2)。根據(jù)數(shù)字控制系統(tǒng)動力學模型，建立數(shù)字控制系統(tǒng)控制框圖，如圖2所示。各模塊的具體含義如下:Mu(s)=(M1s2)－1，Md(s)=(M2S2)－1，Ku(s)=［11］Cu1s+Ku1Cu2s+S[]u2，Kd(s)=［11］Cd1s+Kd1Cu2s+K[]u2。圖2振動數(shù)字控制系統(tǒng)框圖Fig．2Blockdiagramofdigitalvibrationcontrolsystem由于傳感器位置的位移和質(zhì)心之間的位移滿足的關(guān)系如式(3)所

饌?Fig．1Digitalcontrolsystemforvibrationcontrol為了簡化分析，取振動位移近似滿足如下關(guān)系:Xu1Xu2Xd1Xd2=10l1010－l20010l1010－l2X1X2θ1θ2(3)式中:Xi為上下層質(zhì)量塊質(zhì)心垂直振動位移，θi為上下層質(zhì)塊繞質(zhì)心的角位移，Xui和Xdi為上下層質(zhì)塊兩端振動位移;li為兩個作動器到質(zhì)心之間的距離(i=1，2)。根據(jù)數(shù)字控制系統(tǒng)動力學模型，建立數(shù)字控制系統(tǒng)控制框圖，如圖2所示。各模塊的具體含義如下:Mu(s)=(M1s2)－1，Md(s)=(M2S2)－1，Ku(s)=［11］Cu1s+Ku1Cu2s+S[]u2，Kd(s)=［11］Cd1s+Kd1Cu2s+K[]u2。圖2振動數(shù)字控制系統(tǒng)框圖Fig．2Blockdiagramofdigitalvibrationcontrolsystem由于傳感器位置的位移和質(zhì)心之間的位移滿足的關(guān)系如式(3)所示。若上層量塊轉(zhuǎn)動的較小的角度。因此可以得到:X1(s)=(Xu1(s)+Xu2(s)+l1θ1(s)－l2θ2(s))/2(4)式中:X1(s)為上層質(zhì)心垂直振動位移拉氏變換，Xui(s)和θi(s)為上層質(zhì)塊兩端垂直振動位移和角位移拉氏變換(i=1，2)。由于圖1中彈簧并聯(lián)安裝，因此:Fu(s)=［11］×Ku1Ku2Cu1sCu2[]s×(X1(s)－X2(s))+l1(θ1(s)－θ2(s))(X1(s)－X2(s))－l2(θ1(s)－θ2(s[]))(5)式中:Kui為上層彈簧剛度;Cui為上層阻尼系數(shù)(i=1，2)。根據(jù)框圖建立如下關(guān)系式:Fp(s)=Mu(s)－1X1(s)+Φ(s)T(s)Xu(s)+Fu(s)(6)同時，由前面式(1)和式(2)的分?
【作者單位】： 海軍工程大學動力工程學院;中國人民解放軍91404部隊;
【基金】：國家自然科學基金資助項目(51579242);國家自然科學基金青年基金資助項目(51509253) 海軍工程大學科研基金(425517K143)
【分類號】：TB535

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本文編號：2525377