基于扩展型准牛顿优化算法的单轴正弦扫频振动控制.pdf

振动与冲击 第27卷第3期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK 基于扩展型准牛顿优化算法的单轴正弦扫频振动控制 杨志东，丛大成，韩俊伟，李洪人 (哈尔滨工业大学机电学院，哈尔滨150001) 摘 要：正弦扫频振动试验的目的是通过在被试件上施加可控的正弦激励，测试被试件的可靠性和耐久性。为了 达到较高的测试精度，工程上通常采用实时迭代的控制方式。传统实时迭代方法采用固定的反馈增益和频响函数辨识 值，这导致反馈增益的选取成为决定控制系统稳定性的关键。首先应用范数理论和级数理论对稳定性进行分析，得出在 确定的频响函数辨识值下，如果反馈增益选择不当，将会造成系统不稳定。针对此问题，提出了应用准牛顿优化算法实时 修正频响函数辨识值的控制算法。仿真与实验结果表明，该方法成功地解决了系统潜在的稳定性问题，并且具有较高的 收敛速度。 关键词：正弦扫频振动；频响函数；稳定性；准牛顿优化算法 中图分类号：TB534+．2文献标识码：A 正弦振动试验是检验产品可靠性，解决各种机械 法通过改善阻抗函数值可以解决控制系统的稳定性 和结构振动问题的一个重要手段，广泛应用于航空航 问题。 天，汽车，工业以及包装运输等领域¨。4J。振动控制仪 1传统控制算法的稳定性问题 是振动设备中的重要组成部份，其控制系统组成如图1 所示垆J。其中，数字正弦振荡器产生频率、幅值和相位 传统控制算法的方块图如图2所示，其驱动谱 可控的正弦激励；加速度计采集控制点的运动信息，经 刷新方程可以描述为-8] 过跟踪滤波实时测量，获得响应信号的幅值和相位；控 制信号综合采用确定的控制信号合成方法M3(极大值 式中风∽——系统的频响函数预估计值，包括伺 法、极小值法、平均值法和限制值法)获得综合振动幅 控制器、放大器、伺服阀、激振器、台体、试件和反馈 值，实时迭代算法将综合的振动幅值作为控制器的反 元件， 馈信号，采用特定的控制算法修正驱动谱。 厶∽——系统阻抗预估计值，厶∽=／40∽一 尺∽一参考加速度谱， C。∽——响应加速度谱， D。∽——当前帧驱动谱， D。+。∽——下一帧驱动谱， 占——常值反馈增益。 图1控制系统组成框图 传统的控制算法采用固定的反馈增益￡和系统频 响函数辨识‰(力，它的逆称为阻抗函数厶(力。阻抗 图2正弦扫频振动控制算法 函数作为闭环控制的一部份，其辨识精度与控制系统 由图2可以看出，控制算法需要使用系统的阻抗 的稳定性密切相关o7l。对于确定的反馈增益值F，如果 函数，这个函数是系统频响函数的逆。在试验进行前， 阻抗函数辨识精度较低，控制系统将不稳定。 需要预先估计系统的频响函数。在频响函数估计的过 本文采用范数和级数理论对正弦扫频振动控制的 程中，由于系统存在非线性、时变特性、噪声和估计方 稳定性进行了系统地分析。针对传统控制算法存在的 法的不完善，使得风(