精密设备主动SAWPSO-LQR振动控制器设计及仿真研究.pdf

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1、第14卷第21期2014年7月科学技术与工程Vo1．14No．21Ju1．20141671—1815(2014)21—0089—06ScienceTechnologyandEn~neefing⑥2014Sci．Tech．Engrg．仪表技术精密设备主动SAWPSO．LQR振动控制器设计及仿真研究黄伟徐建朱大勇卢剑伟(合肥工业大学土木与水利工程学院，合肥230009；中国机械工业集团公司，北京100080安徽土木工程结构与材料省级实验室；合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)摘要精密设备的振动控制效果直接关系到其是否能够正常使用。线性二次型最优控制算法(LQR)已广泛应用于振动控制领

2、域。关于LQR控制器权矩阵的确定问题一直备受关注，而传统的计算往往以假设或经验性取值为主，不科学且不能充分发挥控制器性能。自适应权重粒子群算法(SAWPSO)克服了传统粒子群算法寻优过程的早熟情况，能使PSO算法达到局部及全局最优的平衡。基于SAWPSO算法，设计了SAWPSO．LQR控制器，对精密设备微振动进行了LQR权值自整定的优化控制研究；并针对不同工况进行了对比仿真。数值结果表明，合理的隔振系统参数设置及权值搜索范围对于控制效果影响较大，在此基础上的适应值函数选取亦有一定影响；但并非决定作用。研究为精密设备微振动及最优LQR振动控制提供了新思路。关键词精密设备振动控制线性二次型最优控制

3、自适应权重粒子群算法SAWPSO—LQR控制器隔振参数适应值函数参数搜索范围中图法分类号TH825；文献标志码A精密设备包括精密电子工程设备、天文设备、到了广泛应用j。但由于传统粒子群算法的局限光学设备、军事设备等等，已广泛应用于工业、科研、性，许多学者对其作出了改进。ShiI6等提出了关于军事等领域，并发挥了巨大作用。精密设备的振动权重的线性调整策略，获得了满意的优化效果；李军超过一定限值，将无法正常工作。KazukiMizutani等在Shi的基础上提出了自适应权重变化策略，等⋯应用混合控制技术对精密隔振平台微振动进克服了传统粒子群算法寻优过程的早熟情况，能使行了控制；MeiDe．qing

4、等对微制造平台的振动进粒子群算法达到局部最优及全局最优的平衡。行了控制研究。基于自适应权重粒子群算法(SAWPSO)，设计线性二次型最优控制算法已广泛应用于振动主了针对精密设备振动控制的主动SAWPSO—LQR控动控制，效果较好。然而关于权矩阵Q及R，多以经制器，对精密设备振动控制进行了LQR权值自整定验型选取为主，不科学且不能充分发挥控制器性能。优化控制研究，并针对两种工况三种适应值函数三为此，TrapadaRoy等结合遗传算法(GA)设计了个参数搜索范围开展了对比研究，数值结果表明，合理的隔振系统参数设置、算法搜索范围及适应值函针对纤维复合结构振动控制的GA-LQR控制器；魏数选取对于控制

5、效果影响较大。燕定等也将遗传算法应用到柔性杆振动主动LQR控制中，效果显著。1主动振动控制模型1995年，社会心理学博士Kenney和电子工程针对精密设备所受的环境振动，建立以下的双学博士Eberha~提出了一种新型的群智能算法一粒自由度主动振动控制模型，如图1所示。子群优化算法(PSO)，该算法自提出以来，就因其简图1中，m为精密设备及隔振平台质量，k、单、易实现，收敛快且具有较少的可调参数等优点得C分别为主动隔振系统的刚度和阻尼，u为作动器主动控制力；仇为支撑结构(基础)质量，k、C分2014年2月27日收到国家自然科学基金(51078123，51179043)资助别为支撑结构(基础)的等

6、效刚度和等效阻尼，z、第一作者简介：黄伟(1988一)，男，安徽巢湖人，博士研究生。研分别为设备及基础位移，W(t)为环境干扰力。究方向：工程振动控制新方法及隔振参数优化。E—mail：huangweiac由图1可建立动力学方程，如式(1)、式(2)@126．corn。所示。21期黄伟，等：精密设备主动SAWPSO—LQR振动控制器设计及仿真研究9lcase(2)：工况一：m=10kg，mb=560kg，c=100N／m，Cb=10N／m，k=2．5×10N／m，kb==1．5xl0N／m；case(3)：=llY—Yi，其中Y为系工况二：m=600kg，=1200kg，c=统实时实际响应，Y

7、i为目标响应。1000N／m，。b=1．6×10N／m，k=1．5×10N／m，kh=1X10。N／m。Q=diag(q，q，q。，q)，为保证Q及的正定性，以及考虑区间一般性，算法设定以下三种参数搜索范围scopel：Q：[10一，10一，10一。，10一]～[10，10，1O，10]，R：lO一，10；lcsase(2)得结到果K的寻优卜l—代—入—上—图—所—示—的—LQ—R明—控—制一器卜