双层隔振系统单神经元自适应PID控制器

　　0　引　言

　　在工程应用中,隔振是广泛应用于各种场合的一种技术。传统的被动隔振系统对高频振动的隔离效果很好,而对低频振动的隔离却不理想。随着计算机技术及控制理论的发展,为了克服被动隔振的缺点,主动隔振技术受到越来越多的重视。提供一个鲁棒性强、宽频带、动力性能好的控制器是主动控制振动的关键。为此,人们提出了各种控制策略[1],[2],如状态空间法、零极点配置、自适应控制、鲁棒控制、自学习及智能控制等等。

　　本文在分析双层隔振主动控制系统中反馈参数对力传递率影响的基础上,采用单神经元PID控制方法对双层隔振系统进行振动主动控制技术研究。

　　1　双层隔振主动控制系统反馈参数对力传递特性的影响分析

　　1.1　双层隔振主动控制系统的工作原理

　　通常的双层隔振系统包括12个自由度,如果隔振系统设计合理,垂直方向的振动是可以独立的,故本文只考虑垂直方向的振动,将双层隔振控制系统简化为一个两自由度的质量、弹簧、阻尼系统,如图1所示。

　　其中m1表示激扰源质量(如柴油机),m2表示位于激扰源与基础之间的中间质量,fj表示激扰源产生的垂向激振力,fk表示控制力,C表示控制器,A表示电磁执行器,S表示传感器。

　　工作时传感器S测取中间质量m2的振动信号,该信号送给控制器C产生控制信号,控制信号作用于执行器A产生控制力fk。通过控制力fk的作用抑制中间质量m2的振动,从而使通过中间质量m2传向基础的振动得到有效的抑制。控制器的作用是产生合适的控制力,使系统具有较强的隔振能力,即激扰力与传到基础的力的传递率越小越好。

　　1.2　双层隔振主动控制系统的数学模型

　　参照图1,根据牛顿第二定律得到系统的运动方程:

式中,ia为控制电流,R为动圈电阻,L为动圈电感,v为动圈电压,Ka为增益。

　　定义系统的状态变量

　　由(8)式可求得fj~x2间的传递函数H1(s),及fk~x2间的传递函数H2(s)。

　　1.3　误差传感器类型的选择对双层隔振PID振动主动控制系统传递特性的影响

　　反馈信号的选择对控制效果的影响至关重要。在双层隔振振动主动控制系统中,通常采用在中间质量上安装位移、速度或加速度传感器来拾取激扰力与控制力共同作用下的残余振动信号作为反馈信号。由于位移、速度和加速度传感器在拾取信号时的相位特性和物理含义不同,对振动主动控制系统的作用机理产生着不同的影响。针对双层隔振振动主动控制模拟试验台架的试验环境,取中间层质量的位移、速度、加速度作为反馈信号分别建立控制系统模型如图3、图4、图5,分别求出激扰力对基础的力的传递函数进行仿真计算,比较分析。