结构扰动的行波主动控制

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第2期振动、测试与诊断Vo1．24No．22004年6月Jun．2004JournalofVibration，Measurement&Diagnosis结构扰动的行波主动控制’谭平孙晔程懋华高空(东南大学振动中心南京，210096)(。江苏常熟发电有限公司常熟，215536)摘要将结构的扰动视为行波的传播，通过主动控制波的传播路径来实现对扰动的控制，通过主动控制器的作用，扰动能量在上游被抑制或吸收掉，下‘游的能量达到最小．按照行波模型导出了两点测量、两点施加控制的控制律，仿真结果表明行波控制器能达到相当好的控制

2、效果。关键词梁主动控制行波补偿器中圈分类号TM365TB123取Y一{I_，J}，为截面广义位移，为对偶的广义引言内力。在波动控制中，常将状态变量变换到波型坐标众所周知，空间结构系统的几大动力特性包括空间。设A()的特征值矩阵为r，特征向量阵为，密集的模态、轻微的阻尼、一定程度的结构位形的可作变换：y='l~rw，’‘，为波型幅值向量。变性以及整体精确建模的复杂性，使得基于结构振状态动力方程为动观点的模态估计及反馈控制容易产生观测溢出和d厂＼]控制误差，效果欠佳，并可导致被控结构的不稳定。w／dx—r()’‘，，／-,一Ilr＼JI(2)因此，将结构受激励引起的动态

3、响应，视为扰动在结构中以行波的方式传播的动态过程的观点，引起大在梁波导的上游安装传感器来检测行波，送入家的关注。对于杆件组成的结构系统，由于行波有自主动控制器。信号经主动控制器处理后发出控制信然的确定传播路径，比基于模态振动的观点更形象号，拦截抑制来波，使下游的波动能量得到有效控直观。行波模型主动控制通过对局部结构的建模，使制，其基本控制框图如图1所示。得被控结构更便于分析和控制。其基本思想是通过主动控制作用改变行波能量传播的路径，或分流能量。理论上，它可以吸收所有的扰动能量。波导本文导出了两点测量、两点控制的行波主动控制律，并将理想补偿器作为控制器，进行了仿真研图

4、1波导主动控制示意图究。结果表明行波控制器能达到较好的控制效果。图1中若干传感器成一组，分布区域为6]，测量得到的波动向量为m，控制信号展布区域为1一维波导控制机理]，整个控制系统工作如下。一维均匀梁波导模型有偏微分方程描述，借助(1)传感器传感器检测来波的信号为a，b一，测量得到的谱分析法可化为常微分方程，为了分析方便将它转波动向量m为化为状态空间的一阶常微分方程组m—Oa+Bb一+Oa+BJa~d一(3)dy／dx—A(to)y(∈R，z∈R)(1)其中：．，幽为从d达到b的反向传播矩阵。其中：z为空间变量；Y代表截面状态的付氏变换，(2)执行器是z的函数。．国

5、家重点基础研究发展规划项目(编号：G19998020300)。收稿日期：2003—07—14；修改稿收到日期：2003—11—1O。维普资讯http://www.cqvip.com第2期谭平等：结构扰动的行波主动控制129执行器发射控制执行信号，与来波相抵消。它与理想控制器控制信号的关系为G一一D一'，Q一一一DQ，cZ—CQ(4)1r8一一一P一一8一]实际上d一+J日(5)2L一8一+8一p一8一一一pJ其中：为n到d点的正向传播矩阵。G—H+一一(3)反馈器1rshp+sinflohp—cosf1]由于执行器发射反向行波，传播到b点，因此4(cosflchfl

6、一1)L一(chfl—cosf1)一shp+sinflJ有b一一-，曲c_一CQ，从而反馈给控制器信号上面的矩阵G为实数。由于理想补偿器中的GBb一一BJ6CQ—HQ(6)()的元素均为超越函数，所以难于实现，必须在某其中：为反馈器。个重要的频段内做有理化近似。因此，只能在一定程整个主动控制系统的框图如图2所示。系统的度上逼近理想效果。此时，G()不同于理想情况，d稳定性可根据Nyquist来判断。将不能完全被消除。另外，还必须伴随有反射n一一rL—一1]卜JJ口1。同点测位移与转角，同点施加力与力矩较难实现。因此，有如图4所示的两点测量和两点激励方案。在图4中，分

7、别于n，b两点检测扰动波的位移，(’，图2波导主动控制系统图d两点施加控制集中力。2控制实例⋯⋯⋯一，⋯⋯一--⋯⋯⋯，⋯-一-～一acd首先探讨采用单点测量、单点激励方案。在n，b图4Euler梁波导两点检测两点激励波导点安装传感器，一个测位移，一个测转角。在c，d点施加控制力户和力偶，如图3所示。Euler梁波导传递矩阵(z。)一『cxp(一jkx)00010exp(一志z)00l00exp(jkx)0000exp(kx)fW14厂——一澍量向量m一}测量向量：{【kd}，五一N／EI2控制力向量Q一五一√42xJM、执行向量Q-_测量矩阵Q一[一1一]，一