自适应正弦控制方法、装置及介质与流程

本发明属于振动台控制，更具体地，涉及一种自适应正弦控制方法、装置及介质。

背景技术：

1、使用多自由度振动台对待检测产品进行振动模拟试验，可以对待检测产品的结构特性和耐久性进行检验。对于产品的设计和实际使用阶段可以起到很重要的作用。实验中常用的有正弦振动实验，比如在核电、航天航空、汽车等设备上的振动一般是正弦振动。将设备固定到振动台上即可以进行正弦实验。

2、自适应正弦控制作为一种控制补偿技术，它通过增加可变增益控制器来校正闭环振幅和相位不规则性，从而提高控制保真度。它直接测量控制系统动态，并实时修改相应的控制补偿，使其能够适应不断变化的系统动态。实现精准的指定频率的位移或者加速度控制控制。

3、实现正弦控制的方法有：使用传递矩阵来实现自适应正弦控制；使用自适应调节双闭环来实现正弦控制。现有的方案有的需要先辨识得到传递函数矩阵然后再进行正弦控制，效率较低；有的方法仅适用于单轴振动台，没有多自由度控制的耦合补偿功能。

技术实现思路

1、提供了本发明以解决现有技术中存在的上述问题。因此，需要一种自适应正弦控制方法、装置及介质，以实现多自由度振动台正弦控制，使单轴实现预期的正弦位移或者正弦加速度，同时抑制其他各轴之间的耦合振动，理论意义和工程价值很高。

2、根据本发明的第一方案，提供了一种自适应正弦控制方法，所述方法包括：根据原始加速度经离散傅里叶变换得到的实部γω、原始加速度经离散傅里叶变换得到的虚部θω、参考正弦增益系数ksin、参考余弦增益系数kcos，计算得到周期计数ci、每控制周期正弦系数增量isin、每控制周期余弦系数增量icos；

3、在每个自适应正弦控制系数更新周期内，每控制周期正弦系数增量isin和每控制周期余弦系数增量icos的数值不变，周期计数ci不断减小，对参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos进行更新；

4、根据参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos计算得到自适应正弦控制位移激励cmdz；

5、根据位姿激励cmdz和响应posz计算得到控制输出。

6、进一步地，通过如下方法计算原始加速度经离散傅里叶变换得到的实部γω、原始加速度经离散傅里叶变换得到的虚部θω：

7、傅里叶级数的定义为：

8、

9、其中f(t)为傅里叶级数，c为常数，n为采样点，an为余弦系数，f0为频率值，t为时间，bn为正弦系数。

10、利用三角函数的正交性推导得到：

11、

12、其中t0为正弦波的周期；

13、正弦波的周期内，每个周期采集的点数为nt，则有：

14、

15、其中fs为迭代频率；

16、因而有：

17、

18、

19、其中a为系数，b1为余弦系数，a1为正弦系数，为相位角，ni为离散采样点，nt为总的采样点个数；

20、上一公式利用正余弦函数的正交性化简为：

21、

22、

23、实部γω和虚部θω的计算公式如下：

24、

25、

26、其中az为幅值，ω为角频率，n为离散采样点。

27、进一步地，所述根据原始加速度经离散傅里叶变换得到的实部γω、原始加速度经离散傅里叶变换得到的虚部θω、参考正弦增益系数ksin、参考余弦增益系数kcos，计算得到周期计数ci、每控制周期正弦系数增量isin、每控制周期余弦系数增量icos，包括：

28、用于复频域的欧拉公式为：

29、

30、其中γω为特定频率的实部，θω为特性频率的虚部，为用指数表示这个复数，aω为特定频率的增益，为特定频率的相位角，j代表虚数；

31、确定特定频率的增益为：

32、

33、根据特定频率的增益确定幅值迭代系数：

34、

35、其中，aref为正弦加速度的幅值，kpri为基础轴迭代系数；

36、通过如下公式计算相位迭代系数

37、

38、其中表示上一次的相位迭代系数，表示更新得到的本次相位迭代系数，表示正弦运动的目标相位，表示当前轴实际相位，表示相位差值系数；

39、通过如下公式计算周期计数ci：

40、

41、其中fs为迭代频率，fref为正弦运动的频率；

42、通过如下公式计算每控制周期正弦系数增量isin、每控制周期余弦系数增量icos：

43、

44、

45、其中，isin(k)为当前的每控制周期正弦系数增量，isin(k-1)为上一次的每控制周期正弦系数增量，icos(k)为当前的每控制周期余弦系数增量，icos(k-1)为上一次的每控制周期余弦系数增量。

46、进一步地，在每个自适应正弦控制系数更新周期内，每控制周期正弦系数增量isin和每控制周期余弦系数增量icos的数值不变，周期计数ci不断减小，通过如下公式对参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos进行更新；

47、

48、

49、其中ksin(k)为更新后的参考正弦增益系数，ksin(k-1)为上一次的参考正弦增益系数，kcos(k)为更新后的参考余弦增益系数，kcos(k-1)为上一次的参考余弦增益系数。

50、进一步地，根据参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos，通过如下公式计算得到自适应正弦控制位移激励cmdz：

51、cmdz(k)＝ksin(k)ssin+kcos(k)scos

52、其中，ssin为期望正弦位移，scos为期望余弦位移。

53、进一步地，根据位姿激励cmdz和响应posz，通过如下公式计算得到控制输出：

54、e(k)＝cmdz(k)-posz(k)

55、

56、其中，e(k)为位移期望值和实际值差值，cmdz(k)为k时刻位移期望值，posz(k)为k时刻位移实际值，u(k)为控制输入，kp为比例系数，ki为积分系数，kd为微分系数，e(k-1)为k-1时刻位移期望值和实际值差值。

57、根据本发明的第二技术方案，提供一种自适应正弦控制装置所述装置包括：

58、第一计算模块，被配置为根据原始加速度经离散傅里叶变换得到的实部γω、原始加速度经离散傅里叶变换得到的虚部θω、参考正弦增益系数ksin、参考余弦增益系数kcos，计算得到周期计数ci、每控制周期正弦系数增量isin、每控制周期余弦系数增量icos；

59、更新模块，被配置为在每个自适应正弦控制系数更新周期内，每控制周期正弦系数增量isin和每控制周期余弦系数增量icos的数值不变，周期计数ci不断减小，对参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos进行更新；

60、第二计算模块，被配置为根据参考正弦增益系数ksin和参考余弦增益系数kcos计算得到自适应正弦控制位移激励cmdz；

61、控制输出计算模块，被配置为根据位姿激励cmdz和响应posz计算得到控制输出。

62、进一步地，所述第一计算模块被进一步配置为：

63、通过如下方法计算原始加速度经离散傅里叶变换得到的实部γω、原始加速度经离散傅里叶变换得到的虚部θω：

64、傅里叶级数的定义为：

65、

66、其中f(t)为傅里叶级数，c为常数，n为采样点，an为余弦系数，f0为频率值，t为时间，bn为正弦系数。

67、利用三角函数的正交性推导得到：

68、

69、其中t0为正弦波的周期；

70、正弦波的周期内，每个周期采集的点数为nt，则有：

71、

72、其中fs为迭代频率；

73、因而有：

74、

75、

76、其中a为系数，b1为余弦系数，a1为正弦系数，为相位角，ni为离散采样点，nt为总的采样点个数；

77、上一公式利用正余弦函数的正交性化简为：

78、

79、

80、实部γω和虚部θω的计算公式如下：

81、

82、

83、其中az为幅值，ω为角频率，n为离散采样点。

84、进一步地，所述第一计算模块被进一步配置为：

85、用于复频域的欧拉公式为：

86、

87、其中γω为特定频率的实部，θω为特性频率的虚部，为用指数表示这个复数，aω为特定频率的增益，为特定频率的相位角，j代表虚数；

88、确定特定频率的增益为：

89、

90、根据特定频率的增益确定幅值迭代系数：

91、

92、其中，aref为正弦加速度的幅值，kpri为基础轴迭代系数；

93、通过如下公式计算相位迭代系数

94、

95、其中表示上一次的相位迭代系数，表示更新得到的本次相位迭代系数，表示正弦运动的目标相位，表示当前轴实际相位，表示相位差值系数；

96、通过如下公式计算周期计数ci：

97、

98、其中fs为迭代频率，fref为正弦运动的频率；

99、通过如下公式计算每控制周期正弦系数增量isin、每控制周期余弦系数增量icos：

100、

101、

102、其中，isin(k)为当前的每控制周期正弦系数增量，isin(k-1)为上一次的每控制周期正弦系数增量，icos(k)为当前的每控制周期余弦系数增量，icos(k-1)为上一次的每控制周期余弦系数增量。

103、根据本发明的第三技术方案，提供一种存储有指令的非暂时性计算机可读存储介质，当所述指令由处理器执行时，执行根据本发明各个实施例所述的方法。

104、根据本发明各个方案的自适应正弦控制方法、装置及介质，其至少具有以下有益效果：

105、(1)用户仅需设置少量参数即可完成自适应正弦控制，自动化程度高，方便快捷；

106、(2)本发明能快速收敛，使对应轴的加速度快速达到目标值；

107、(3)本发明适用于多自由度振动台，且可以有效抑制轴耦合；

108、(4)本发明经过实验测试，可靠性高，控制效果好。