專利名稱：一種電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機械領(lǐng)域的振動模擬實驗方法，特別是一種電液伺服系統(tǒng)實時波
形再現(xiàn)控制方法。
背景技術(shù)：
振動模擬是環(huán)境模擬與仿真實驗的-一種，目前被廣泛應(yīng)用于航空、航天、核工業(yè)等 國防工業(yè)領(lǐng)域和汽車、建筑等民用工業(yè)部門。振動實驗的目的在于考核產(chǎn)品在振動激勵下 保持原有性能的能力，即研究和檢驗產(chǎn)品在振動條件下的結(jié)構(gòu)可靠性和操縱可靠性。振動 模擬實驗從實驗類型角度可分為隨機振動、正弦振動和波形再現(xiàn)三種類型。環(huán)境的振動條 件一般以譜或波形的形式給出，如隨機振動功率譜復(fù)現(xiàn)實驗中要求復(fù)現(xiàn)參考功率譜密度， 地震波復(fù)現(xiàn)實驗中要求復(fù)現(xiàn)參考地震波。 在波形再現(xiàn)振動模擬實驗中，電液伺服系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮電子與液壓兩方面的優(yōu) 勢,功率-重量比大，抗干擾能力強，響應(yīng)速度快，并有很好的靈活性和適應(yīng)能力，常用作大 型結(jié)構(gòu)件振動實驗中的驅(qū)動機構(gòu)。 但將參考信號直接輸入到電液伺服系統(tǒng)中時，系統(tǒng)的響 應(yīng)波形往往失真較大，極大影響了對被測產(chǎn)品在振動環(huán)境下可靠性的定量評定。對于理想 系統(tǒng),幅頻特性處于O分貝線上，輸出信號完全再現(xiàn)輸入信號。而實際系統(tǒng)幅頻特性在不同 頻段與()分貝線有不同程度的差異，導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)信號與參考信號之間出現(xiàn)偏差。這是造 成波形失真大的原因之-。另一方面，電液伺服系統(tǒng)在外界環(huán)境如油液溫度等變化的情況 下，液壓系統(tǒng)本身參數(shù)將發(fā)生較大變化，并帶有隨機性質(zhì)，也會降低系統(tǒng)的波形再現(xiàn)精度。 因此,為提高振動實驗的有效性,改善波形再現(xiàn)的精度是非常必要的。 現(xiàn)有的電液伺服系統(tǒng)波形再現(xiàn)控制方法主要由頻率響應(yīng)函數(shù)估計、阻抗函數(shù)計 算、參考波形迭代修正三部分組成。首先通過預(yù)實驗辨識電液伺服系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù),然 后計算阻抗函數(shù)，再將參考波形迭代修正后進行正式振動模擬實驗?，F(xiàn)有算法的實質(zhì)是離 線迭代算法，當(dāng)實驗過程中電液伺服系統(tǒng)的參數(shù)或試件特性發(fā)生改變時,無法保證迭代算 法的收斂性，甚至迭代發(fā)散,導(dǎo)致系統(tǒng)的輸出波形與參考波形相比存在很大偏差，極大降低 了波形再現(xiàn)的精度,影響了對受試產(chǎn)品在振動環(huán)境下可靠性的定量評定。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題,本發(fā)明的目的在于提供一種易于計算機進行數(shù) 字化控制、確保參考波形迭代收斂性、提高參考波形再現(xiàn)精度、增強波形再現(xiàn)振動模擬實驗 的真實性的電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法。 為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控 制方法包括以下步驟 A、設(shè)定待再現(xiàn)的位置波形信號為位置參考信號； B、將電液伺服系統(tǒng)的位置輸入信號作為自適應(yīng)濾波器I的位置輸入信號，并計算 電液伺服系統(tǒng)的位置輸出信號即響應(yīng)信號與自適應(yīng)濾波器I的位置輸出信號之差；
C、基于電液伺服系統(tǒng)的位置輸出信號與自適應(yīng)濾波器I的位置輸出信號之差，利 用RLS自適應(yīng)濾波算法實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器I的權(quán)值，進行電液伺服系統(tǒng)頻率響應(yīng) 函數(shù)的辨識； D、利用自適應(yīng)濾波器I頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器IV，并對位置參考信 號進行濾波，將濾波器IV的位置輸出信號作為自適應(yīng)濾波器II的位置輸入信號；
E、將位置參考信號做延時，并計算延時后的位置信號與自適應(yīng)濾波器II的位置 輸出信號之差； F、基于延時后的位置信號與自適應(yīng)濾波器II的位置輸出信號之差,利用RLS自適 應(yīng)濾波算法實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器II的權(quán)值，進行自適應(yīng)濾波器I的阻抗辨識；
G、利用自適應(yīng)濾波器II的阻抗辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器III，并對位置參考信號進行 濾波，將濾波器III的位置輸出信號作為電液伺服系統(tǒng)的位置輸入信號。
本發(fā)明中步驟C和F所述的RLS自適應(yīng)濾波算法可描述為
<formula>formula see original document page 4</formula> 式中，u為橫向濾波器的輸入信號，P為輸入信號u相關(guān)矩陣的逆，k為增益向量， 6為橫向濾波器的權(quán)值向量，y為橫向濾波器的輸出，e為誤差信號，d為橫向濾波器的期望 信號，A為遺忘因子。 本發(fā)明所述的位置信號也可以是速度信號或加速度信號或力信號。 [酬 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果 1、由于本發(fā)明的所有步驟均可通過軟件編程實現(xiàn)。在CPU為PentiumlV-2.0G、內(nèi)
存為lG的Advantech工控機....匕測試，算法的運行周期小于lms，能夠滿足電液伺服系統(tǒng)波形
再現(xiàn)振動模擬實驗的實時性要求，所以本發(fā)明易于采用計算機數(shù)字控制實現(xiàn)。 2、本發(fā)明采用RLS自適應(yīng)濾波算法進行電液伺服系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)及阻抗函數(shù)
的辨識。RLS自適應(yīng)濾波算法的收斂性確保了在電液伺服系統(tǒng)特性和試件特性發(fā)生變化時，
系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)及阻抗函數(shù)辨識的收斂性，因此確保了參考波形迭代的收斂性。 3、由于本發(fā)明采用的RLS自適應(yīng)濾波算法可以依據(jù)濾波器輸入信號、偏差信號對
濾波器權(quán)值進行實時在線修正，能夠?qū)崟r跟蹤被控系統(tǒng)幅頻特性及電液伺服系統(tǒng)自身參數(shù)
的變化，對參考信號進行實時補償，使得系統(tǒng)的輸出信號能夠高精度的再現(xiàn)參考信號，增強
了波形再現(xiàn)振動模擬實驗的真實性。輸出信號與參考信號的相千函數(shù)值在O. 95以上，二者
的時域峰值誤差可以控制在10%之內(nèi)。


本發(fā)明共有附圖2張，其中 圖1是電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法原理圖；
圖2是基于:RLS算法更新自適應(yīng)濾波器權(quán)值的原理圖；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地說明。如圖1-2所示，一種電液伺服系統(tǒng)實 時波形再現(xiàn)控制方法包括以下步驟 A、設(shè)定待再現(xiàn)的位置波形信號為位置參考信號1 ; B、將電液伺服系統(tǒng)3的位置輸入信號9作為自適應(yīng)濾波器15的位置輸入信號9,并 計算電液伺服系統(tǒng)3的位置輸出信號即響應(yīng)信號4與自適應(yīng)濾波器15的位置輸出信號之差；
C、基于電液伺服系統(tǒng)3的位置輸出信號4與自適應(yīng)濾波器15的位置輸出信號之 差，利用RLS自適應(yīng)濾波算法12實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器15的權(quán)值，進行電液伺服系統(tǒng) 3頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識； D、利用自適應(yīng)濾波器15頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器]:V6，并對位置參考 信號1進行濾波，將濾波器IV6的位置輸出信號作為自適應(yīng)濾波器117的位置輸入信號9 ;
E、將位置參考信號1做延時8，并計算延時8后的位置信號與自適應(yīng)濾波器117的 位置輸出信號之差； F、基于延時8后的位置信號與自適應(yīng)濾波器117的位置輸出信號之差，利用:RLS 自適應(yīng)濾波算法12實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器117的權(quán)值,進行自適應(yīng)濾波器15的阻抗 辨識； G、利用自適應(yīng)濾波器117的阻抗辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器III2,并對位置參考信號1
進行濾波，將濾波器:1:1:12的位置輸出信號作為電液伺服系統(tǒng)3的位置輸入信號9。 本發(fā)明步驟C或F所述的RLS自適應(yīng)濾波算法12可描述為 咖=義—、-輔 <formula>formula see original document page 5</formula> 式中，u為橫向濾波器10的輸入信號9， P為輸入信號9u相關(guān)矩陣的逆，k為增益 向量，6為橫向濾波器10的權(quán)值向量,y為橫向濾波器10的輸出，e為誤差信號，d為橫向濾 波器10的期望信號11， A為遺忘因子。 本發(fā)明步驟D或G所述的構(gòu)造濾波器III2或濾波器IV6的步驟如下首先復(fù)制濾 波器權(quán)值，然后基于復(fù)制的權(quán)值構(gòu)造濾波器，并對位置參考信號1進行濾波，將濾波輸出作 為電液伺服系統(tǒng)3或自適應(yīng)濾波器117的輸入信號9。 本發(fā)明所述的位置信號也可以是速度信號或加速度信號或力信號。
權(quán)利要求
一種電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法，其特征在于包括以下步驟A、設(shè)定待再現(xiàn)的位置波形信號為位置參考信號(1)；B、將電液伺服系統(tǒng)(3)的位置輸入信號(9)作為自適應(yīng)濾波器I(5)的位置輸入信號(9)，并計算電液伺服系統(tǒng)(3)的位置輸出信號即響應(yīng)信號(4)與自適應(yīng)濾波器I(5)的位置輸出信號之差；C、基于電液伺服系統(tǒng)(3)的位置輸出信號(4)與自適應(yīng)濾波器I(5)的位置輸出信號之差，利用RLS自適應(yīng)濾波算法(12)實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器I(5)的權(quán)值，進行電液伺服系統(tǒng)(3)頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識；D、利用自適應(yīng)濾波器I(5)頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器IV(6)，并對位置參考信號(1)進行濾波，將濾波器IV(6)的位置輸出信號作為自適應(yīng)濾波器II(7)的位置輸入信號(9)；E、將位置參考信號(1)做延時(8)，并計算延時(8)后的位置信號與自適應(yīng)濾波器II(7)的位置輸出信號之差；F、基于延時(8)后的位置信號與自適應(yīng)濾波器II(7)的位置輸出信號之差，利用RLS自適應(yīng)濾波算法(12)實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器II(7)的權(quán)值，進行自適應(yīng)濾波器I(5)的阻抗辨識；G、利用自適應(yīng)濾波器II(7)的阻抗辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器III(2)，并對位置參考信號(1)進行濾波，將濾波器III(2)的位置輸出信號作為電液伺服系統(tǒng)(3)的位置輸入信號(9)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法，其特征在于步驟C 或F所述的RLS自適應(yīng)濾波算法(12)可描述為<formula>formula see original document page 2</formula>式中，u為橫向濾波器(10)的輸入信號(9)，P為輸入信號(9)u相關(guān)矩陣的逆，k為增 益向量，6為橫向濾波器(10)的權(quán)值向量,y為橫向濾波器(10)的輸出，e為誤差信號，d為 橫向濾波器(l())的期望信號(11)，入為遺忘因子。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法，其特征在于步驟d 或G所述的構(gòu)造濾波器111(2)或濾波器IV (6)的歩驟如F :首先復(fù)制濾波器權(quán)值，然后基 于復(fù)制的權(quán)值構(gòu)造濾波器,并對位置參考信號(1)進行濾波,將濾波輸出作為電液伺服系 統(tǒng)(3)或自適應(yīng)濾波器1:1(7)的輸入信號(9)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法，其特征在于所述的 位置信號也可以是速度信號或加速度信號或力信號。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電液伺服系統(tǒng)實時波形再現(xiàn)控制方法，包括以下步驟設(shè)定參考信號；利用RLS自適應(yīng)濾波算法實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器I的權(quán)值，進行電液伺服系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)的辨識，并基于辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器IV；將參考信號做延時；利用RLS自適應(yīng)濾波算法實時在線調(diào)整自適應(yīng)濾波器II的權(quán)值，進行自適應(yīng)濾波器I的阻抗辨識，并基于辨識結(jié)果構(gòu)造濾波器III；利用濾波器III對參考信號進行濾波，將其輸出信號作為電液伺服系統(tǒng)的位置輸入信號。本發(fā)明采用的RLS自適應(yīng)濾波算法的收斂性確保了在電液伺服系統(tǒng)特性和試件特性發(fā)生變化時，系統(tǒng)頻率響應(yīng)函數(shù)及阻抗函數(shù)辨識的收斂性，因此確保了參考波形實時在線迭代的收斂性。
文檔編號F15B21/08GK101709733SQ20091018797
公開日2010年5月19日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者關(guān)廣豐, 弓永軍, 熊偉, 王海濤, 王祖溫, 馬文琦 申請人:大連海事大學(xué)