振动环境试验中的正弦振动控制算法

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严 侠 牛宝良

　　正弦振动环境试验中，有时会遇到试件控制点响应超出容差范围的情况，其主要原因是试件的幅频特性有尖锐的共振峰或低谷，控制器的控制参数在试验控制过程中不能随试件响应变化而改变等。本文在深入研究传统正弦振动控制系统的基础上，提出了3种正弦振动控制算法：改进PID控制、仿人智能PID控制和基于一步超前最小预测方差正弦振动控制算法。正弦振动控制框图如图1所示。其中，幅值控制模块是整个正弦振动控制器的核心模块，将在此处引入正弦振动控制算法。



　　改进PID正弦振动控制是在常规PID控制的基础上引入受控对象（振动台及试件）的逆传函，用于克服受控对象在共振峰处难于控制的问题。系统共振峰处，其逆传函幅频特性处于极小值，降低系统开环增益，避免系统振荡。

　　仿人智能PID正弦振动控制是在改进PID控制基础上引入的仿人智能（智能比例，智能积分）控制思想，来进一步改善正弦振动控制品质。

　　基于一步超前最小预测方差的正弦振动控制是基于信号跟踪的原理，引入受控对象模型的最小方差预测器，以含有对象输出预测误差平方的目标函数达到极小来解算出控制器的一步超前输出u(k)，实现受控对象输出y(k)能够无静差地跟踪系统的参考输入r(k)。

　　仿真结果表明，改进的PID控制，控制效果良好，时域波形失真度小，系统输出控制在容差范围以内，其算法简单，鲁棒性强，易于工程实现，并具有较高的控制带宽；仿人智能PID控制是此基础上的进一步改进算法；一步超前最小预测误差控制，其控制精度高，控制不受对象共振峰的影响。但受其自身算法的复杂性及对受控对象模型的依赖性限制，对中低频和对象模型相对固定的正弦振动控制更为适合。