專利名稱：電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種波的抑制方法，具體地說是可以降低波形失真度的波的抑制方法。
背景技術(shù)：
液壓系統(tǒng)具有功率重量比和力質(zhì)量比大，響應(yīng)快速，系統(tǒng)頻帶寬，剛度大，抗干擾 能力強(qiáng)，誤差小，精度高等優(yōu)點(diǎn)。因此在大位移，大激振力的情況下使用電液式振動模擬臺 比較多。電液式振動模擬臺采用加速度控制方式，由電液伺服閥控制液壓缸運(yùn)動，產(chǎn)生振動 運(yùn)動，進(jìn)而模擬需要的振動效果。正弦振動試驗(yàn)是一種典型的力學(xué)特性試驗(yàn)方法，各種周期性振動都可以通過正弦 振動的形式來進(jìn)行研究。電液式振動模擬臺在進(jìn)行正弦激勵振動時(shí)，輸出加速度波形往往 會有高次諧波，導(dǎo)致波形嚴(yán)重失真。產(chǎn)生波形失真的根本原因是系統(tǒng)中存在的非線性因素， 這些非線性因素主要為伺服閥死區(qū)、連接鉸間隙、連接鉸摩擦力、作動器的摩擦力等。而系 統(tǒng)由于機(jī)械加工、加工工藝、機(jī)械安裝等原因，不可避免地存在諸如死區(qū)、間隙、摩擦力等非 線性因素。為提高電液式振動模擬臺的振動效果，降低其加速度響應(yīng)信號的波形失真度，往 往需要對加速度響應(yīng)信號中的諧波進(jìn)行抑制。文 章 Adaptive feed-forward compensator for harmonic cancellation inelectro-hydraulic servo system.利用帶通濾波器得到電液伺服系統(tǒng)中欲要抑制的諧 波信號，并通過LMS算法調(diào)整權(quán)值；這些方法最大的缺點(diǎn)在于帶通濾波器，因?yàn)榻?jīng)過帶通濾 波器得到欲要抑制的諧波信號，將不可避免地改變諧波信號的相位，而相位在諧波抑制中 起著很關(guān)鍵的作用。文章Simon Haykin. Adaptive FilterTheory在自適應(yīng)濾波器的基礎(chǔ) 上提出了基于自適應(yīng)前饋補(bǔ)償器的諧波抑制方法，其基本算法是LMS算法，但是這種方法 會導(dǎo)致在陷波處系統(tǒng)的相位發(fā)生變化，改變系統(tǒng)的閉環(huán)特性，當(dāng)陷波存在于系統(tǒng)的帶寬內(nèi) 或附近時(shí)將導(dǎo)致系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量降低。在LMS算法中，當(dāng)輸入向量較大時(shí)，會遇到梯度噪聲 放大的問題；LMS算法的步長參數(shù)決定了算法的收斂性和穩(wěn)定性，而步長參數(shù)的選擇往往 是收斂速度和最終失調(diào)的折衷；當(dāng)LMS算法輸入向量自相關(guān)矩陣的特征值分布分散時(shí)，LMS 算法收斂性變差，收斂速度將很慢，且對初值的選取比較敏感。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供降低加速度波形失真度、提高振動試驗(yàn)效果的電液式振動 模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法是加速度激勵信號產(chǎn)生加速度 信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應(yīng)信號，將加速度響應(yīng)信號與加速 度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅 值為1，通過最小二乘算法、根據(jù)控制誤差信號調(diào)整兩個權(quán)值和w2，并加權(quán)于諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權(quán)后的信號作和、與加速度激 勵信號相加后得到的信號作用于電液式振動模擬臺。本發(fā)明電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法還可以包括所述的最小二乘算法為<formula>formula see original document page 4</formula>式中，e(k)為控制誤差信號，ff(k)為權(quán)值向量，X(k)為輸入向量，K(k)是增益矩 陣，P(k)為對稱矩陣，I為單位矩陣。本發(fā)明的優(yōu)勢在于計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性能好，整個過程自適應(yīng)進(jìn)行，可有效抑制電 液式振動模擬臺中的諧波，降低電液式振動模擬臺加速度響應(yīng)信號的波形失真度。


圖1為具有諧波抑制的電液式振動模擬臺控制原理圖；圖2為諧波抑制的結(jié)構(gòu)圖；圖3為多次諧波同時(shí)抑制的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖1 3，圖1中加速度激勵信號產(chǎn)生電液式振動模擬臺的加速度輸入信號， 加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度反饋信號，并與加速度輸入信號作差，得到 控制誤差信號；控制誤差信號經(jīng)過諧波抑制模塊的作用后，其輸出與加速度輸入信號作和， 并作用于電液式振動模擬臺。結(jié)合圖2，可知圖1中的諧波抑制模塊由諧波信號發(fā)生器、相移器、權(quán)值巧和《2、最 小二乘算法等組成。最小二乘算法為<formula>formula see original document page 4</formula>式中，e(k)為控制誤差信號，ff(k)為權(quán)值向量，X(k)為輸入向量，K(k)是增益矩 陣，P(k)為對稱矩陣，K(k)和P(k)都是時(shí)變的，I為單位矩陣。最小二乘算法在均值意義上是收斂的，且權(quán)向量估計(jì)值是無偏的；最小二乘算法 在均方意義上的收斂性獨(dú)立于輸入向量的相關(guān)矩陣的特征值，其收斂速率比LMS算法快一 個數(shù)量級。對于正弦振動試驗(yàn)，波形失真度往往是要求的指標(biāo)之一。THDCTotalHarmonic Distortion，總諧波失真率)定義為 <formula>formula see original document page 4</formula>
式中，A4為基頻響應(yīng)幅值；A2，A3，…，為各次諧波的幅值。對電液式振動模擬臺的加速度響應(yīng)信號作頻譜分析，可以得到加速度響應(yīng)信號中 的諧波頻率及其分布情況。諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生信號xs，其頻率為欲要抑制的加速度響應(yīng) 信號諧波頻率，幅值為1，該信號經(jīng)過相移器相移90度后得到信號x。，進(jìn)而得到輸入向量 X(k) = [xs(k)，x。(k)]T，則對應(yīng)的權(quán)值向量為W(k) = [Wl(k)，W2(k)]T。最小二乘算法根據(jù) 控制誤差信號自適應(yīng)實(shí)時(shí)在線調(diào)整權(quán)值向量，權(quán)值向量對輸入向量加權(quán)求和后得到諧波抑 制量XT (k) W (k)，它與加速度激勵信號相加后作用于電液式振動模擬臺，從而降低電液式振 動模擬臺加速度響應(yīng)信號的波形失真度，提高電液式振動模擬臺的控制性能。可見在電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制中的關(guān)鍵過程有(1)加速度激勵信號與加速度傳感器測得的加速度響應(yīng)信號作差，得到控制誤差 信號。(2)諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦諧波信號，其頻率為欲要抑制的加速度響應(yīng)信號諧 波頻率，幅值為1。(3)最小二乘算法根據(jù)控制誤差信號自適應(yīng)實(shí)時(shí)在線調(diào)整權(quán)值向量，對輸入向量 加權(quán)求和后，得到諧波抑制量，并與加速度激勵信號相加后作用于電液式振動模擬臺。結(jié)合圖3，對n(n為正整數(shù)，且n彡2)次諧波同時(shí)抑制時(shí)，諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生n 個正弦諧波信號，Xsl，Xs2，…，Xsn，它們的頻率分別欲要抑制的諧波頻率，經(jīng)過相移作用得到 它們的相移分量，Xcl, xc2,…，x。n，組成輸入向量 <formula>formula see original document page 5</formula>對應(yīng)的權(quán)值向量為<formula>formula see original document page 5</formula>最小二乘算法根據(jù)控制誤差信號自適應(yīng)實(shí)時(shí)在線調(diào)整權(quán)值向量，權(quán)值向量對輸入 向量加權(quán)求和后得到諧波抑制量XT(k)W(k)，它與加速度激勵信號相加后作用于電液式振 動模擬臺，達(dá)到同時(shí)抑制多次諧波的效果。
權(quán)利要求
電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法，其特征是加速度激勵信號產(chǎn)生加速度信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應(yīng)信號，將加速度響應(yīng)信號與加速度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅值為1，通過最小二乘算法、根據(jù)控制誤差信號調(diào)整兩個權(quán)值w1和w2，并加權(quán)于諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權(quán)后的信號作和、與加速度激勵信號相加后得到的信號作用于電液式振動模擬臺。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法，其特征是所述的 最小二乘算法為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，e(k)為控制誤差信號，ff(k)為權(quán)值向量，X(k)為輸入向量，K(k)是增益矩陣， P(k)為對稱矩陣，I為單位矩陣。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供電液式振動模擬臺自適應(yīng)諧波抑制方法。本發(fā)明的加速度激勵信號產(chǎn)生加速度信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應(yīng)信號，將加速度響應(yīng)信號與加速度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅值為1，通過最小二乘算法、根據(jù)控制誤差信號調(diào)整兩個權(quán)值w1和w2，并加權(quán)于諧波信號發(fā)生器產(chǎn)生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權(quán)后的信號作和、與加速度激勵信號相加后得到的信號作用于電液式振動模擬臺。本發(fā)明計(jì)算量小、實(shí)時(shí)性能好，整個過程自適應(yīng)進(jìn)行，可有效抑制電液式振動模擬臺中的諧波，降低電液式振動模擬臺加速度響應(yīng)信號的波形失真度。
文檔編號G01M7/02GK101819084SQ20101015908
公開日2010年9月1日 申請日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者劉燕, 姚建均, 富威, 胡勝海 申請人:哈爾濱工程大學(xué)