壓電智能結構振動響應自適應濾波前饋控制方法研究.pdf

1、智能結構代表著21世紀材料與結構發(fā)展的一個新方向，特別在振動主動控制領域具有非常誘人的前景，目前已成為振動工程界的研究熱點。主動減振智能結構是智能材料結構研究的重要內容之一，它利用埋入結構中的傳感器監(jiān)測結構的振動水平，根據(jù)一定的控制規(guī)律去實時控制埋入結構中的驅動器以改變結構的振動狀態(tài)，達到自適應抑制結構振動響應的目的，從而提高了結構的性能和安全性，延長了其使用壽命。這一研究不僅在航空航天領域，而且在國防和民用的其它眾多領域也有著極其重要

2、的意義和廣闊的應用前景。 在振動主動控制研究領域中，控制方法的研究是一個很重要的方面；目前壓電智能結構主動減振研究的一個重要發(fā)展方向就是自適應控制策略的研究。其中自適應濾波前饋控制方法已在試驗中取得了較好的效果，這一方法的基本思想是：首先以濾波器的形式建立受控結構系統(tǒng)和控制器的數(shù)學模型，確定受控結構系統(tǒng)模型參數(shù)，再用數(shù)字信號處理技術求得最優(yōu)控制器參數(shù)，其實現(xiàn)的核心是自適應控制算法。它根據(jù)測得的新信息實時調整控制器參數(shù)，保證控制效

3、果始終趨于最優(yōu)。但其通常假定干擾源可測且作為前饋控制器的參考輸入，而且控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制效果也缺乏比較完善的分析方法，具體實現(xiàn)上也存在較多的問題，因此需要進一步的研究。 本文以航天柔性結構如太陽能帆板為理想應用目標，著重進行面向主動減振智能結構的自適應濾波前饋控制方法研究，在此基礎上結合控制理論與方法、計算機測控技術、結構振動理論和壓電材料學等相關技術方法，構建主動減振智能結構試驗模型對象和綜合測控系統(tǒng)，對智能結構振動主動控

4、制進行了技術實現(xiàn)和試驗驗證工作，同時本文還進行了混沌神經網(wǎng)絡用于移動通信信道分配優(yōu)化配置問題的相關研究工作。全文可以概括為壓電主動減振智能結構概述、自適應濾波前饋控制策略分析與方法研究、試驗環(huán)境構建與試驗分析驗證，以及混沌神經網(wǎng)絡在移動通信信道分配問題上的應用四大部分，所做的主要工作和貢獻如下： (1) 對壓電主動減振智能結構進行概述；推導并探討了結構振動主動控制的基本原理與策略，深入研究了實現(xiàn)結構振動主動控制的自適應濾波控制理

5、論及其自適應算法；著重于最小均方誤差算法的自適應前饋控制策略進行分析和研究。 (2) 分析研究面向振動主動控制的濾波-X自適應控制算法，基于詳細數(shù)學推導過程，對單輸入單輸出和多輸入多輸出的濾波-X算法分別進行了討論，對算法參數(shù)的確定方式和性能進行了論述，并在此基礎上針對其進行了仿真分析與試驗。同時研究了受控結構的自適應建模方法，引入了采用最小均方算法的模型通道在軌辨識策略。 (3) 面向多通道濾波-U自適應控制算法進行分析和研究

6、，并進行詳細的數(shù)學推導，對濾波-U和濾波-X算法進行了性能的分析和比較；在此基礎上針對濾波-U算法進行了仿真分析與試驗并與濾波-X算法進行比較。 (4) 針對濾波-E自適應控制算法進行分析和研究，基于詳細數(shù)學推導過程，對單輸入單輸出和多輸入多輸出的濾波-E算法分別進行了討論，對濾波-E算法的穩(wěn)定性進行分析，并與濾波-X算法的性能進行比較，并在此基礎上針對其進行了仿真分析與試驗。 (5) 對濾波-V自適應控制算法進行分析，

7、并進行詳細的數(shù)學推導，對全梯度濾波-V算法和簡化梯度濾波-V算法分別進行了討論，并對上述各種算法進行總結。 (6) 運用有限元模態(tài)分析方法對受控結構進行振動特性分析，以此作為智能結構系統(tǒng)的傳感/驅動網(wǎng)絡配置指導準則；在對控制方法及其自適應算法進行理論分析的基礎上，面向壓電智能柔性試驗模型結構，采用濾波-X和濾波-U算法進行了實際的自適應振動主動控制實驗，取得了良好的抑振效果。 (7) 將混沌理論和神經網(wǎng)絡結合，利用混沌神

8、經網(wǎng)絡特性解決移動通信信道分配的最優(yōu)化配置問題，并提出了一種新的混沌神經網(wǎng)絡優(yōu)化策略，MATLAB實驗仿真結果表明，新方法具有更快的速度和更高的收斂率，性能較之于傳統(tǒng)方式顯現(xiàn)出更為優(yōu)良的特性。 謹致以誠摯的感謝和敬意，本文及所做的研究工作獲得了國家和上海市下述科研基金項目的資助： (1) 國家自然科學基金重大研究計劃“空天飛行器若干重大基礎問題”資助項目----智能柔性結構振動形態(tài)感知與自適應控制研究項目(項目號9040