多軸向多激勵隨機振動高精度控制研究.pdf

1、長期以來，多軸向多激勵隨機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，采用響應信號功率譜誤差直接補償?shù)姆绞?，這樣的控制方法將干擾引入控制回路從而導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逆結構，算法給出了一個簡單的自適應逆控制率，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，具有較強魯棒性。 此外，在基于多并行計算結構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)權儀器總線，該總線采用雙總線結構，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，綜述了多軸向多激勵隨機振動控制理論研究和技術發(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。在此基礎上，給出了當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)模型進行仿真實驗，并對結果進行了分析。 第三章：分析了應用多抽樣率法提高頻響函數(shù)估計的原理，提出采用多抽 樣率法進行多軸向多激勵系統(tǒng)多尺度頻響函數(shù)矩陣估計，并結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濾波的自適應逆控制結構，實現(xiàn)了對控制矩陣的一種簡單的自適應控制算法，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)的算法進行

6、了實驗驗證，并通過結果對比進行分析，指出算法的優(yōu)缺點。 第六章：分析了現(xiàn)有總線在應用于多處理器并行計算結構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總線結構，提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，同時設計了一種非破壞性逐位消息仲裁機制，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構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：對全文進行總結