專利名稱：電液式振動模擬臺自適應諧波抑制方法
技術領域：
本發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：
液壓系統具有功率重量比和力質量比大，響應快速，系統頻帶寬，剛度大，抗干擾 能力強，誤差小，精度高等優點。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動，產生振動 運動，進而模擬需要的振動效果。正弦振動試驗是一種典型的力學特性試驗方法，各種周期性振動都可以通過正弦 振動的形式來進行研究。電液式振動模擬臺在進行正弦激勵振動時，輸出加速度波形往往 會有高次諧波，導致波形嚴重失真。產生波形失真的根本原因是系統中存在的非線性因素， 這些非線性因素主要為伺服閥死區、連接鉸間隙、連接鉸摩擦力、作動器的摩擦力等。而系 統由于機械加工、加工工藝、機械安裝等原因，不可避免地存在諸如死區、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，降低其加速度響應信號的波形失真度，往 往需要對加速度響應信號中的諧波進行抑制。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中欲要抑制的諧 波信號，并通過LMS算法調整權值；這些方法最大的缺點在于帶通濾波器，因為經過帶通濾 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 起著很關鍵的作用。文章Simon Haykin. Adaptive FilterTheory在自適應濾波器的基礎 上提出了基于自適應前饋補償器的諧波抑制方法，其基本算法是LMS算法，但是這種方法 會導致在陷波處系統的相位發生變化，改變系統的閉環特性，當陷波存在于系統的帶寬內 或附近時將導致系統的穩定裕量降低。在LMS算法中，當輸入向量較大時，會遇到梯度噪聲 放大的問題；LMS算法的步長參數決定了算法的收斂性和穩定性，而步長參數的選擇往往 是收斂速度和最終失調的折衷；當LMS算法輸入向量自相關矩陣的特征值分布分散時，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。
發明內容
本發明的目的在于提供降低加速度波形失真度、提高振動試驗效果的電液式振動 模擬臺自適應諧波抑制方法。本發明的目的是這樣實現的本發明的電液式振動模擬臺自適應諧波抑制方法是加速度激勵信號產生加速度 信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應信號，將加速度響應信號與加速 度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發生器產生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅 值為1，通過最小二乘算法、根據控制誤差信號調整兩個權值和w2，并加權于諧波信號發生器產生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權后的信號作和、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。本發明電液式振動模擬臺自適應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。本發明的優勢在于計算量小、實時性能好，整個過程自適應進行，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為諧波抑制的結構圖；圖3為多次諧波同時抑制的結構圖。
具體實施例方式下面結合附圖舉例對本發明做更詳細地描述結合圖1 3，圖1中加速度激勵信號產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。結合圖2，可知圖1中的諧波抑制模塊由諧波信號發生器、相移器、權值巧和《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，且權向量估計值是無偏的；最小二乘算法 在均方意義上的收斂性獨立于輸入向量的相關矩陣的特征值，其收斂速率比LMS算法快一 個數量級。對于正弦振動試驗，波形失真度往往是要求的指標之一。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信號作頻譜分析，可以得到加速度響應信號中 的諧波頻率及其分布情況。諧波信號發生器產生信號xs，其頻率為欲要抑制的加速度響應 信號諧波頻率，幅值為1，該信號經過相移器相移90度后得到信號x。，進而得到輸入向量 X(k) = [xs(k)，x。(k)]T，則對應的權值向量為W(k) = [Wl(k)，W2(k)]T。最小二乘算法根據 控制誤差信號自適應實時在線調整權值向量，權值向量對輸入向量加權求和后得到諧波抑 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諧波抑制中的關鍵過程有(1)加速度激勵信號與加速度傳感器測得的加速度響應信號作差，得到控制誤差 信號。(2)諧波信號發生器產生正弦諧波信號，其頻率為欲要抑制的加速度響應信號諧 波頻率，幅值為1。(3)最小二乘算法根據控制誤差信號自適應實時在線調整權值向量，對輸入向量 加權求和后，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。結合圖3，對n(n為正整數，且n彡2)次諧波同時抑制時，諧波信號發生器產生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>對應的權值向量為<formula>formula see original document page 5</formula>最小二乘算法根據控制誤差信號自適應實時在線調整權值向量，權值向量對輸入 向量加權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，達到同時抑制多次諧波的效果。
權利要求
電液式振動模擬臺自適應諧波抑制方法，其特征是加速度激勵信號產生加速度信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應信號，將加速度響應信號與加速度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發生器產生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅值為1，通過最小二乘算法、根據控制誤差信號調整兩個權值w1和w2，并加權于諧波信號發生器產生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權后的信號作和、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.根據權利要求1所述的電液式振動模擬臺自適應諧波抑制方法，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
本發明的目的在于提供電液式振動模擬臺自適應諧波抑制方法。本發明的加速度激勵信號產生加速度信號，加速度傳感器測得電液式振動模擬臺的加速度響應信號，將加速度響應信號與加速度激勵信號作差得到控制誤差信號，諧波信號發生器產生正弦諧波信號，正弦諧波信號幅值為1，通過最小二乘算法、根據控制誤差信號調整兩個權值w1和w2，并加權于諧波信號發生器產生的正弦諧波信號及其相移90度后得到的信號，將加權后的信號作和、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。本發明計算量小、實時性能好，整個過程自適應進行，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 優先權日2010年4月29日
發明者劉燕, 姚建均, 富威, 胡勝海 申請人:哈爾濱工程大學