压电柔性智能结构自适应滤波振动控制方法与实验研究

Active vibration control for flexible space key structures based on smart piezoelectric structures is the current hot research area and development trend. However, as a new rising interdisciplinary technology field, there are still many key technologies requiring further research. This application focuses on the algorithm research and experimental verification for active vibration control of intelligent flexible structures. The control strategy is multichannel adaptive filter control, and the experiment object is a flexible structure. Further research is devoted to multichannel adaptive filter control algorithm, control mode and realization technology. The adaptive control algorithm with online real-time identification ability for the controlled model parameters is an import research content. Other research key points are: the controller design problem resulting from extracting reference signal directly from vibration response, and the unstable problem due to the vibration feedback, the design problem on adaptive controller under the condition of external impulse noise interference, the configuration optimization strategy for piezoelectric sensing and actuating network, and the arrangement method based on this strategy. Finally, experimental environment and the measurement and control system will be constructed. The adaptive control experiments will be analyzed and verified under the principle of combining the theory research with experimental analysis and verification.

基于压电智能结构概念实现航天关键柔性结构的振动主动控制，是当前的研究热点与发展趋势。然而作为一个新崛起的跨学科技术领域，其中尚有大量关键技术方法亟待研究。本申请侧重于智能柔性结构振动主动控制算法研究与实验验证，控制策略采用多通道自适应滤波控制方法，实验对象面向压电柔性模型结构。深入研究多通道自适应滤波控制算法、控制方式与实现技术；研究具有受控模型参数在线实时辨识能力的自适应滤波控制算法；研究直接从振动响应中提取参考信号带来的控制器设计问题，以及振动反馈可能导致的控制系统不稳定问题；研究具有外部冲激噪声干扰情况下的自适应滤波控制器设计问题；研究压电传感/驱动网络优化配置策略，建立多输入多输出压电智能柔性结构实验模型，构建实验环境，并开发相关测控系统；基于理论方法研究与实验分析验证相结合的原则，针对提出的面向压电智能结构振动控制的自适应滤波控制方法开展实验分析与验证研究。

面向压电智能结构的自适应滤波振动控制策略虽然取得了一些成果，但在控制器算法设计、系统稳定性分析、具体工程实施方面存在较多的问题。本项目以压电智能悬臂梁为研究对象，重点研究了自适应滤波振动控制方法及其实现算法。具体研究内容为：研究了基于多输入/多输出控制、并具有实时辨识和控制能力的自适应滤波控制方法，实现了基于压电驱动器的结构振动响应自适应抵消；研究了直接从结构振动响应中提取参考信号带来的控制器设计问题，以及在考虑外部冲激噪声干扰情况下自适应控制器的设计问题；研究了受控结构受控通道模型在线实时辨识问题，分析了自适应算法稳定性和快速收敛性问题；研究了压电传感/驱动网络的优化配置问题，并基于计算机测控技术和自适应控制方法，建立测控系统和实验环境，从理论分析和实验验证相结合的角度，对压电柔性智能结构振动主动控制进行深入探索和研究，取得了一些创新性的研究成果。具体成果为：针对自适应滤波振动控制过程中参考信号难以选取的问题，提出了一种直接从结构振动响应中提取参考信号的振动控制算法；针对控制通道模型参数离线辨识不实用问题，提出一种控制通道模型在线辨识的自适应滤波振动主动控制方法；针对压电智能结构振动主动控制系统中传感器、作动器的数量和位置优化配置问题，分别提出了基于遗传算法的优化配置方法、基于粒子群算法的优化配置方法；研制一个专用的压电功率放大器，搭建了一个压电智能结构振动主动控制平台，为以后进一步研究提供了科研实验手段和验证演示环境。本项目所研究的振动控制策略的科学意义为：从理论研究向工程化实践靠近，为自适应滤波振动控制方法的技术实用性和工程适用性，提供了有益的技术方法思路。