多軸向多激勵隨機(jī)振動高精度控制研究.pdf

1、長期以來，多軸向多激勵隨機(jī)振動控制都存在著低頻和共振點處精度不高，穩(wěn)定性較差的問題，從而限制了多軸向多激勵振動的應(yīng)用。通過對控制流程的分析可以發(fā)現(xiàn)，影響控制精度的關(guān)鍵問題在于兩個方面，一是系統(tǒng)頻響函數(shù)矩陣估計在低頻段和共振點處精度較差，從而導(dǎo)致前饋控制矩陣存在較大誤差，影響了控制精度；二是閉環(huán)控制為滿足控制實時性要求，采用響應(yīng)信號功率譜誤差直接補(bǔ)償?shù)姆绞?，這樣的控制方法將干擾引入控制回路從而導(dǎo)致控制精度受到限制，控制魯棒性較差。

2、 針對上述兩個問題本文提出了利用多抽樣率理論產(chǎn)生多尺度的頻響函數(shù)矩陣估計來減少估計的偏度誤差，并結(jié)合最小方差融合理論來減少頻響函數(shù)矩陣估計的方差，有效提高頻響函數(shù)矩陣估計精度；提出了基于X濾波的多軸向多激勵振動控制自適應(yīng)逆結(jié)構(gòu)，算法給出了一個簡單的自適應(yīng)逆控制率，克服了直接對頻響函數(shù)矩陣求逆所帶來的精度和計算速度的問題，同時該控制算法不易受到外部干擾，具有較強(qiáng)魯棒性。 此外，在基于多并行計算結(jié)構(gòu)的軸振動控制器工程實現(xiàn)中，各模塊消

3、息通訊效率低，數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題制約了控制實時性。本文研制了一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)儀器總線，該總線采用雙總線結(jié)構(gòu)，消息和數(shù)據(jù)可以同時傳輸，獨特的非破壞性逐位消息仲裁機(jī)制極大提高了消息通訊的靈活性，實現(xiàn)多主通訊功能，從而極大提高了信號和消息的傳輸速度，能夠滿足多軸控制器內(nèi)部通訊要求。 論文主要研究內(nèi)容如下： 第一章：論述了研究課題的意義和基礎(chǔ)，綜述了多軸向多激勵隨機(jī)振動控制理論研究和技術(shù)發(fā)展的國外研究現(xiàn)狀，簡述了主要研究工

4、作。 第二章：通過理論分析和時、頻域建模方法比較，闡明了采用頻響函數(shù)建模的可行性和優(yōu)點。在此基礎(chǔ)上，給出了當(dāng)存在不同類型外部干擾時，多軸向多激勵振動系統(tǒng)最優(yōu)頻響函數(shù)估計方法，通過建立一個兩軸向兩激勵振動系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真實驗，并對結(jié)果進(jìn)行了分析。 第三章：分析了應(yīng)用多抽樣率法提高頻響函數(shù)估計的原理，提出采用多抽 樣率法進(jìn)行多軸向多激勵系統(tǒng)多尺度頻響函數(shù)矩陣估計，并結(jié)合最小方差融合算法實現(xiàn)了多尺度頻響函數(shù)矩陣的最優(yōu)估

5、計。最后通過兩軸向兩激勵振動系統(tǒng)模型進(jìn)行仿真實驗，驗證了算法可行性。 第四章：為了解決傳統(tǒng)閉環(huán)控制中無法克服外部噪聲干擾對控制精度和魯棒性的影響，在現(xiàn)有多軸向多激勵振動控制流程中，引入基于X濾波的自適應(yīng)逆控制結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了對控制矩陣的一種簡單的自適應(yīng)控制算法，并證明了該控制算法的收斂性。算法通過仿真實驗證明了其具有精度高、魯棒性好以及計算簡單的特點。 第五章：搭建三軸向三激勵振動系統(tǒng)試驗裝置，針對前兩章的算法和傳統(tǒng)的算法進(jìn)行

6、了實驗驗證，并通過結(jié)果對比進(jìn)行分析，指出算法的優(yōu)缺點。 第六章：分析了現(xiàn)有總線在應(yīng)用于多處理器并行計算結(jié)構(gòu)的多軸振動控制器傳輸中存在消息傳輸效率低而數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題。提出了一種消息和數(shù)據(jù)獨立并行傳輸?shù)碾p總線結(jié)構(gòu)，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，同時設(shè)計了一種非破壞性逐位消息仲裁機(jī)制，實現(xiàn)多主通訊，提高了消息通訊的效率，有效解決了多軸控制器中多處理器計算和控制結(jié)構(gòu)面臨的消息通訊效率低，數(shù)據(jù)傳輸速度慢的問題。 第七章：對全文進(jìn)行總結(jié)