基于H_∞鲁棒控制的多点激励力控制器设计方法

摘要

本发明提出了一种基于H_∞鲁棒控制的多点激励力控制器设计方法，首先设计了用于系统辨识的信号源，采用子空间辨识方法，获得整个系统的状态空间模型，然后利用H_∞鲁棒控制理论设计鲁棒控制器，使得各个激励器的输出激励力能够有效跟踪目标信号，加载于结构上的激励力为实际所需要的激励力。通过用本发明的方法进行多个激振器系统的控制器设计，使得各个激振器的输出能够在设定的频率范围内准确地跟踪输入信号，并解除了各个激振器之间的耦合，从而达到多激振器系统进行准确动态加载的目的。

主权项

一种基于H_∞鲁棒控制的多点激励力控制器设计方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1：构建与多激振器动态加载系统相关的信号源：所述信号源的通道数目与激振器数目相同，信号源各通道采用正弦扫频信号，扫频范围至少包含加载对象的前两阶固有频率；信号源各通道的起止时间均不相同；设计对采集信号进行处理的滤波器：所述滤波器采用Butterworth低通滤波器，滤波器截止频率不低于信号源扫频信号的最高频率；步骤2：信号源提供加载系统的输入数据，加载系统的输出经过滤波器处理得到输出数据，采用子空间辨识方法，根据加载系统的输入数据和输出数据，建立加载系统的状态空间模型；步骤3：采用公式计算步骤2建立的状态空间模型的吻合度，其中y为加载系统试验测试输出，为y的平均值，为加载系统的状态空间模型输出，若状态空间模型吻合度小于95％，则提高状态空间模型阶数，重新建立加载系统的状态空间模型；步骤4：建立控制器的加权矩阵：所述控制器的加权矩阵包括控制器性能加权矩阵W₁、限制控制器输出幅值的控制加权矩阵W₂以及控制器的鲁棒性加权矩阵W₃；其中W₁为对角阵，对角线元素为4阶的Butterworth带通滤波器，带通频率为加载系统目标输出信号频率范围；W₂为常数对角阵，元素值使得控制器的实际控制电压满足试验电压要求；W₃为对角阵，W₃的对角元素W₃(i,i)为第i个通道的乘性不确定度Δ_i，TF_test(i,i)为加载系统的测试传递函数，TF_estimated(i,i)为状态空间模型的传递函数；步骤5：采用鲁棒控制中的混合灵敏度设计方法，建立广义受控对象模型P：其中G为加载系统的状态空间模型；根据得到的广义受控对象模型P，利用Matlab中的hinfsyn命令得到控制器K；步骤6：对步骤5得到的控制器K降阶：采用平衡截断降阶方法，选择控制器奇异值间断点对应的阶数作为最终控制器的阶数，获得降阶后的控制器模型。