彈性體振動主動控制技術(shù)的研究現(xiàn)狀

魏廣威，王漢平，楊 鳴，王紹助，王林鵬

(北京理工大學(xué) 宇航學(xué)院，北京 100081)

在航空系統(tǒng)中，飛行器的氣動彈性會引起一系列的振動，如自激振動引起的蒙皮顫振、翹曲發(fā)散、跨音速區(qū)因氣流分離而產(chǎn)生的強(qiáng)迫振動即抖振效應(yīng)等，例如德國的V－2導(dǎo)彈在荷蘭的普里伯特˙馬薩試驗時就多次發(fā)生因蒙皮顫振而引起的事故。推力偏心、質(zhì)量偏心以及陣風(fēng)、紊流、氣動力等各種不對稱因素也都會使導(dǎo)彈在飛行過程中產(chǎn)生彈性振動(彎曲)，從而加大了導(dǎo)彈的攻角和偏角，對其控制系統(tǒng)性能造成一定程度的影響，彈性振動引起的彈體失穩(wěn)而發(fā)生的事故有很多。如某彈道式導(dǎo)彈在設(shè)計穩(wěn)定系統(tǒng)時，將彈看成了絕對剛體，沒有考慮彈的彎曲振動的影響，結(jié)果在靶場試驗時，在飛行的第8 s鐘，導(dǎo)彈由于失穩(wěn)而嚴(yán)重偏離彈道，在最后60 s落地墜毀。在關(guān)世義譯的文獻(xiàn)中列舉了20種飛機(jī)和21種導(dǎo)彈的失穩(wěn)事例，可以說明這一問題的嚴(yán)重性和研究意義［1］;隨著大長徑比導(dǎo)彈的發(fā)展，長徑比的增加使得導(dǎo)彈的抗彎剛度和橫向振動的固有頻率降低，在發(fā)射過程中也會產(chǎn)生橫向彎曲振動，會引起起始擾動，而且彈身的振動將給整個導(dǎo)彈系統(tǒng)帶來一系列影響，導(dǎo)致導(dǎo)彈所攜帶儀器的工作精度下降、影響控制系統(tǒng)的控制精度，影響發(fā)射特性、飛行特性以及射擊精度等等，這些影響疊加在一起最終會影響到導(dǎo)彈的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)性能，嚴(yán)重時甚至?xí)苯訉?dǎo)致導(dǎo)彈的損毀。Choi H D研究了KSR(Korea Sounding Rocket)－II型兩級音速火箭的控制問題，該型火箭長徑比達(dá)到26，箭體的彈性振動相當(dāng)明顯，他們通過研究發(fā)現(xiàn)彈性振動會通過反饋通道疊加到控制器的輸出上，從而對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，作者通過采用自適應(yīng)濾波技術(shù)，在反饋通道中濾掉這種影響，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性［2］。因此，彈性體導(dǎo)彈的振動主動控制問題已經(jīng)成了必須要解決的問題，是振動控制要拓展應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。

在航天領(lǐng)域，大型化、低剛度與柔性化是各類航天結(jié)構(gòu)的一個重要發(fā)展趨勢，這類大型柔性結(jié)構(gòu)的模態(tài)阻尼小，對這些彈性體的振動進(jìn)行主動控制更是必不可少的。以大型運(yùn)載火箭為例，需要減振控制的部位很多，例如儀器倉，由于安裝有火箭的控制、遙測等各種儀器，對振動環(huán)境有嚴(yán)格的要求;船箭或星箭接口支架，它傳遞發(fā)動機(jī)點(diǎn)火、級間分離等引起的對飛船或衛(wèi)星的沖擊，振動控制可以減少沖擊對飛船或衛(wèi)星的影響;飛船逃逸系統(tǒng)的柵格翼打開后，要保證飛船運(yùn)動的穩(wěn)定，振動控制是重要的保證措施。隨著一些事故的發(fā)生，彈性體的振動控制越來越引起人們的關(guān)注和研究，所以，在航天航空領(lǐng)域，彈性體的振動控制是振動主動控制急需拓展的領(lǐng)域。

1 振動主動控制研究現(xiàn)狀

1955年，美國科學(xué)家率先提出了振動主動控制技術(shù)的研究報告，進(jìn)入上世紀(jì)70年代振動主動控制才進(jìn)入廣泛的探索階段，如1972年Jnares等首先提出結(jié)構(gòu)振動主動控制的概念，1979年國際理論和應(yīng)用力學(xué)協(xié)會(IUTAM)召開了首屆振動主動控制學(xué)會研討會。盡管如此，上世紀(jì)70年代仍是被動控制技術(shù)占主導(dǎo)地位，振動主動控制技術(shù)只停留在研究和探索階段，應(yīng)用很有限。上世紀(jì)80年代，現(xiàn)代控制理論—尤其是隨著信號處理技術(shù)的成熟，振動主動控制技術(shù)得到蓬勃發(fā)展。發(fā)展到上世紀(jì)90年代，振動主動控制技術(shù)已日趨成熟，其研究對象己經(jīng)從簡單的線性系統(tǒng)發(fā)展到復(fù)雜的非線性系統(tǒng)，控制系統(tǒng)從簡單的單輸入單輸出發(fā)展到多輸入多輸出系統(tǒng)，控制方法也在不斷改進(jìn)，如近年來出現(xiàn)的模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等智能控制新型方法均有在振動主動控制中得到應(yīng)用。

振動主動控制技術(shù)是指在振動控制過程中，根據(jù)所檢測到的結(jié)構(gòu)振動，應(yīng)用一定的控制策略，經(jīng)過適時計算，驅(qū)動作動器對結(jié)構(gòu)施加某種影響，將結(jié)構(gòu)振動控制在允許的范圍以內(nèi)。振動主動控制的控制方程是二階常微分方程組，其一般形式:

式(1)中，M、C、K分別為系統(tǒng)的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣，且均為n×n階矩陣;p(t)、x(t)分別為系統(tǒng)的n維輸入、輸出向量，u(t)為施加于結(jié)構(gòu)的控制力向量。主動控制的目的就在于尋求最佳的主動力u(t)，使結(jié)構(gòu)在給定的輸入情況下，其輸出x(t)滿足一定的要求。

下文就振動主動技術(shù)的研究現(xiàn)狀，主要從作動器和控制律兩方面進(jìn)行分析:

1.1 振動主動控制中的作動器

對于主動控制系統(tǒng)，作動器是不可缺少的重要器件。傳統(tǒng)型有液壓作動、氣壓作動、電磁作動3種;新型的有壓電陶瓷(PZT)、壓電薄膜(PVDF)、電致伸縮陶瓷(ES)、形狀記憶合金(SMA)、磁致伸縮合金(MS)、電流變流體(ERF)等6種。

振動主動控制技術(shù)研究的重點(diǎn)課題之一就是用主動控制技術(shù)控制彈性航天器結(jié)構(gòu)的振動。利用機(jī)敏(智能)材料作為傳感器和作動器元件控制彈性結(jié)構(gòu)振動已引起廣泛的關(guān)注，而壓電智能材料以其優(yōu)良的機(jī)電耦合特性被越來越多的應(yīng)用于航空、航天器結(jié)構(gòu)的振動主動控制當(dāng)中，代表了目前研究和應(yīng)用中的一個廣闊而又活躍的領(lǐng)域。文獻(xiàn)［3］提出了采用壓電元件作為傳感器和作動器，基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的柔性結(jié)構(gòu)主動振動控制方法，對柔性梁在正弦和偽隨機(jī)信號激勵下的振動進(jìn)行了主動控制實(shí)驗，取得了較好的控制效果。David Ertur將壓電作動器應(yīng)用在柔性結(jié)構(gòu)的振動控制中［4］。文獻(xiàn)［5］使用壓電作動器和PVDF薄膜做模態(tài)傳感器對板振動進(jìn)行主動控制試驗。文獻(xiàn)［6］利用壓電陶瓷作為作動器采用獨(dú)立模態(tài)控制法對柔性懸臂梁的前兩階模態(tài)實(shí)施主動控制，控制后明顯增加了柔性懸臂梁的結(jié)構(gòu)阻尼。EdwardF.Crawley給出了壓電陶瓷與宿主結(jié)構(gòu)作用的詳細(xì)模型［7］。文獻(xiàn)［8］以壓電陶瓷作為作動器，研究表明基于主動振動控制方法設(shè)計的SRF補(bǔ)償器可以大幅度地提高撓性結(jié)構(gòu)振動模態(tài)的阻尼，抑制撓性結(jié)構(gòu)的振動。文獻(xiàn)［9］以多柔性機(jī)械臂為研究對象，采用PID模糊控制融合的方法建立控制系統(tǒng)，利用壓電陶瓷作為作動器，搭建了實(shí)驗平臺，控制了柔性機(jī)械臂的彈性振動。Giurgiutiu介紹了壓電晶片傳感器在航空航天中的應(yīng)用［10］。Suleman對壓電作動器用于飛機(jī)的氣動彈性振動控制的可行性進(jìn)行了研究［11］。Hansson研究了壓電單元用于火車體的豎向彈性振動控制［12］。文獻(xiàn)［13］提出并設(shè)計制作了一種新穎的弓型壓電作動器，將其應(yīng)用在彈性梁振動主動控制中，實(shí)驗結(jié)果表明這種弓型壓電作動器具有良好的作動效能。

壓電材料在目前的振動控制中使用比較廣泛，其中壓電材料的位置分布是目前振動主動控制中一個很活躍的研究課題。Ning采用遺傳算法研究了結(jié)構(gòu)主動振動控制中壓電作動器的最優(yōu)數(shù)量和位置問題［14］。Li Y等以控制系統(tǒng)能耗最大為基礎(chǔ)，提出了一種新的同時考慮壓電致動器/傳感器和控制器反饋增益優(yōu)化方法［15］。Kumar K等將壓電致動器/傳感器位置描述為零一優(yōu)化問題，以 LQR控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)函數(shù)最小化為目標(biāo)函數(shù)用遺傳算法求解零一問題，獲得了致動器/傳感器的最優(yōu)位置［16］。Roy等首先基于系統(tǒng)可控性指標(biāo)采用遺傳算法獲得了壓電致動器/傳感器的最優(yōu)位置，進(jìn)而又以閉環(huán)系統(tǒng)阻尼比為目標(biāo)函數(shù)研究了最優(yōu)控制器中權(quán)矩陣的優(yōu)化［17］。

1.2 振動主動控制技術(shù)算法

主動控制的算法決定了控制系統(tǒng)是否能達(dá)到預(yù)期控制效果，不同的環(huán)境條件、不同的要求精度、不同的控制對象要求的控制算法有所不同，振動主動控制器的控制算法列舉如下，其中就模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能控制進(jìn)行了詳細(xì)論述。

傳統(tǒng)的控制算法主要有以下幾種:

1)獨(dú)立模態(tài)空間控制方法。將無限自由度系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為在模態(tài)空間內(nèi)少量幾個模態(tài)的控制，即把具有分布參數(shù)特征的彈性體離散化為模態(tài)序列，通過控制振動的主模態(tài)對彈性體進(jìn)行控制。Baz和Poh研究提出了用少于受控模態(tài)的作動器實(shí)現(xiàn)模態(tài)控制的修正的獨(dú)立模態(tài)空間控制方法［18］。

2)最優(yōu)控制法。它是現(xiàn)代控制理論中的控制方法，用極值原理、最優(yōu)濾波、動態(tài)規(guī)劃、隨機(jī)分析原理等最優(yōu)化方法設(shè)計控制算法。Hsiao利用最優(yōu)控制在模態(tài)空間中得到了較好的結(jié)果［19］。Huang利用一種新的最優(yōu)控制方法，減少了實(shí)時計算量［20］。

3)自適應(yīng)控制法。自適應(yīng)控制可分為自適應(yīng)前饋控制、自校正控制和模型參考自適應(yīng)控制，自適應(yīng)控制的研究對象是具有不確定性的系統(tǒng)，被控對象的數(shù)學(xué)模型不是完全確定的，其中包含一些未知因素和隨機(jī)因素。Rodellar研究了混合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的直接自適應(yīng)控制方法［21］。

4)直接輸出反饋和前饋控制。直接輸出反饋可以避免獨(dú)立模態(tài)空間控制方法中的模態(tài)溢出等問題，但是控制系統(tǒng)是否穩(wěn)定則存在爭議，R.L.Clark認(rèn)為控制系統(tǒng)如果考慮傳感器件動力學(xué)和電路信號放大、調(diào)節(jié)的情況，控制系統(tǒng)將面臨穩(wěn)性、魯棒性的問題［22］。前饋控制的作用是從擾動施加到系統(tǒng)時開始的，要比反饋控制系統(tǒng)反應(yīng)快。Sungkook KANG指出只有在擾動的動態(tài)特性已知時，前饋控制的作用才是顯著的［23］。

5)極點(diǎn)配置法。它是根據(jù)對被控系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)的要求，確定系統(tǒng)特征值與特征向量的分布，通過狀態(tài)反饋或輸出反饋來將系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)放在復(fù)平面中預(yù)定的位置，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)定的要求。文獻(xiàn)［24］在常規(guī)極點(diǎn)配置法的基礎(chǔ)上，提出了同時優(yōu)化系統(tǒng)極點(diǎn)和傳感器/作動器位置的聯(lián)合優(yōu)化設(shè)計方法。

實(shí)際應(yīng)用的彈性體結(jié)構(gòu)一般是一個非線性時變動態(tài)系統(tǒng)，通過理論分析建立較為準(zhǔn)確的動力學(xué)模型十分困難，如在彈性體導(dǎo)彈主動減振控制領(lǐng)域，振動主動控制應(yīng)用還不是很廣泛，原因主要有兩點(diǎn):其一是現(xiàn)有導(dǎo)彈振動大都仍在容許的范圍內(nèi)，且工程上更偏向于從材料和結(jié)構(gòu)上解決導(dǎo)彈的振動問題;其二是從減振控制的角度進(jìn)行減振設(shè)計本身存在諸多難點(diǎn)，它首先要求精確的描述彈體的整個耦合關(guān)系，由于導(dǎo)彈的橫向振動受到各種因素影響，這種耦合關(guān)系的描述較為困難。所以急需解決具有不確定性、非線性、時變和滯后的復(fù)雜系統(tǒng)的建模與控制問題，傳統(tǒng)的振動控制方法在這一領(lǐng)域受到了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，從而要求人們探索新的振動控制方法。故一些新型的控制算法就得到了蓬勃發(fā)展，也是近期主動控制領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。目前彈性體振動控制律研究較多的主要有模糊控制、H∞魯棒控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等，下面就這些控制算法的研究進(jìn)行分析。

魯棒控制選擇線性反饋律，使得閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性或性能對于擾動具有一定的抵抗能力。當(dāng)系統(tǒng)有一個小擾動時，實(shí)際模態(tài)可能發(fā)生很大的變化，必須考慮魯棒性問題。Liu等人利用μ理論研究了結(jié)構(gòu)中剛度參數(shù)含不確定性的魯棒控制問題［25］。Nishitani給出了使用降階模型的H∞結(jié)構(gòu)響應(yīng)控制。H∞控制將魯棒性直接反映在控制性能指標(biāo)上，設(shè)計出的控制律具有其他方法無可比擬的穩(wěn)定魯棒性［26］。Friang J P探討了彈性體導(dǎo)彈的彈性變形環(huán)節(jié)所帶來的參數(shù)不確定性問題以及建模不確定性問題，用H∞回路成形方法設(shè)計魯棒控制方案，并對系統(tǒng)性能進(jìn)行了分析［27］。文獻(xiàn)［28］運(yùn)用附加作動力進(jìn)行主動減振，提出了彈性體導(dǎo)彈主動減振組合控制方案，仿真分析了控制器的減振效果。他們針對解耦的剛性子系統(tǒng)設(shè)計H∞控制器模擬彈性體導(dǎo)彈的剛體控制器，針對彈性子系統(tǒng)設(shè)計LQR控制器，再基于耦合關(guān)系對H∞控制器和LQR控制器進(jìn)行組合，得到主動減振組合控制器。

模糊控制是智能控制的一個重要分支，模糊控制理論的產(chǎn)生和發(fā)展為振動主動控制帶來了新的活力，它不僅提供系統(tǒng)的客觀信息，而且可以將人類的主觀經(jīng)驗和直覺納入控制系統(tǒng)，這就為非線性、存在不確定因素、難以建立精確數(shù)學(xué)模型的復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行振動主動控制提供了更為有力的理論方法。模糊控制直接采用語言型控制規(guī)則，在設(shè)計中不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型。模模糊控制系統(tǒng)的魯棒性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對控制效果的不利影響被大大減弱，尤其適合于非線性、時變及純滯后系統(tǒng)的控制。

模糊控制系統(tǒng)的組成類似于一般的數(shù)字控制系統(tǒng)，組成如圖1所示。

圖1 模糊控制系統(tǒng)的原理

模糊控制器的控制是通過微機(jī)采樣獲取被控制量的精確值，然后將此量與給定值比較得到誤差信號E，把誤差信號E的精確量進(jìn)行模糊化成模糊量，誤差E的模糊量可用響應(yīng)的模糊語言來表示，由誤差E的模糊語言集合的一個子集e和模糊控制規(guī)則R根據(jù)推理合成規(guī)則進(jìn)行決策，得到模糊控制量u

式(2)中u是一個模糊量。在模糊控制理論中，由于被控對象的不同，以及對系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性的要求和所應(yīng)用的控制策略的不同，可以構(gòu)成各種類型的控制器:如Fuzzy-PID復(fù)合控制，常見的是Fuzzy-PI雙?？刂菩问?參數(shù)自整定模糊控制;模型參考自適應(yīng)模糊控制;自組織模糊控制;具有自學(xué)習(xí)功能的模糊控制;多變量模糊控制等。

自從L.A.Zadeh首先提出了用模糊集合描述事物以來，模糊數(shù)學(xué)及應(yīng)用的發(fā)展十分迅速，為解決不易或無法建模的復(fù)雜系統(tǒng)控制問題提供了有力的手段，模糊技術(shù)在振動控制中得到了較廣泛的應(yīng)用。Joghataie A利用模糊推理規(guī)則改進(jìn)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制器［29］。文獻(xiàn)［30］將模糊控制與優(yōu)化方法相結(jié)合，提出轉(zhuǎn)子系統(tǒng)橫向振動的模糊控制方法。文獻(xiàn)［31］將模糊控制和PI控制相結(jié)合應(yīng)用于壓電撓性結(jié)構(gòu)的振動主動控制，采用Fuzzy-PI雙?？刂品椒?，對瞬態(tài)激勵作用下?lián)闲詰冶哿旱恼駝又鲃涌刂茊栴}進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)［32］在已有模糊控制和自適應(yīng)方法相結(jié)合的控制基礎(chǔ)上，提出了一種基于模糊邏輯的自適應(yīng)前饋振動控制方法，針對柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的仿真計算結(jié)果表明模糊自適應(yīng)前饋濾波達(dá)到了預(yù)期的控制效果。文獻(xiàn)［33］提出了一種模糊自整定PID算法，將模糊控制和PID控制結(jié)合起來，構(gòu)成一個模糊自整定PID控制器，通過模糊控制規(guī)則在線調(diào)整PID控制器參數(shù)，自動實(shí)現(xiàn)對PID參數(shù)的最佳整定，從而實(shí)現(xiàn)柔性機(jī)械臂的振動主動控制。文獻(xiàn)［34］結(jié)合模糊控制方法智能化的特點(diǎn)，設(shè)計出一種不依賴模型參數(shù)且可以自動調(diào)節(jié)控制器增益的控制算法，試驗表明，模糊變增益控制方法保留了普通PID控制的穩(wěn)定性能，并且結(jié)合模糊控制方法智能化的特點(diǎn)，使系統(tǒng)具備了更強(qiáng)的適應(yīng)能力和適用范圍。Qu Wenzhong在柔性結(jié)構(gòu)上研究了自適應(yīng)模糊振動主動控制算法的有效性。試驗中采用了兩種模糊控制器，一種模糊控制器用來辨識柔性結(jié)構(gòu)非線性系統(tǒng)的誤差通道，抑制參考信號對非線性系統(tǒng)的擾動;另一種模糊控制器通過非線性壓電作動器進(jìn)行振動主動控制。試驗結(jié)果表明了這種控制算法的有效性［35］。Gustavo Luiz C.M.de Abreu和Jose F.Ribeiro以壓電材料作為傳感器利用自組織模糊控制算法對柔性結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動主動控制研究。試驗結(jié)果表明對于復(fù)雜系統(tǒng)這種控制策略能方便地執(zhí)行，粘連在柔性結(jié)構(gòu)上的壓電作動器能對復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制且控制效果在預(yù)先設(shè)計的范圍內(nèi)［36］。目前模糊振動控制取得了一定的研究成果，也存在一些問題，如精度不太高，自適應(yīng)能力有限，易產(chǎn)生震蕩現(xiàn)象等，為進(jìn)一步應(yīng)用帶來了挑戰(zhàn)，同時也帶來了研究的動力。

智能控制中最具代表性的就是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，作為智能控制的一個重要分支，在“黑箱”系統(tǒng)的辨識與非線性控制方面表現(xiàn)出巨大的潛力。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能大規(guī)模并行分布處理非線性系統(tǒng)，故在更高層次上體現(xiàn)了人類的智能行為。而控制系統(tǒng)所面臨的愈來愈嚴(yán)重的挑戰(zhàn)促進(jìn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制的發(fā)展，目前這一研究正蓬勃發(fā)展、方興未艾。

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是指利用工程技術(shù)手段模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能的一種技術(shù)方法。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有高度自適應(yīng)學(xué)習(xí)能力、魯棒性、容錯性和自組織離散分布處理能力，不僅可以用于系統(tǒng)模型的辨識，也可用于系統(tǒng)振動控制，對于非線性具有很強(qiáng)的逼近或映射能力，尤其適用于描述復(fù)雜非線性系統(tǒng)。在實(shí)時控制中，由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算過程中誤差的反復(fù)計算和迭代過程計算量很大，會遇到耗時過長問題，因此較適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)。目前控制中常用的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(BP網(wǎng)絡(luò))。

目前已將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊技術(shù)互相結(jié)合，取長補(bǔ)短，形成了一種模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，由此組成一種更接近人腦的智能信息處理系統(tǒng)。由于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制有其他控制法所不具有的優(yōu)點(diǎn)，故在工程上得到了廣泛的應(yīng)用。文獻(xiàn)［37］將最優(yōu)控制算法與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)了受隨機(jī)波浪力作用下的海洋平臺的振動主動控制。文獻(xiàn)［38］采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的間接自適應(yīng)控制策略對彈性連桿機(jī)構(gòu)實(shí)施了振動主動控制，設(shè)計了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)辨識器與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，取得了比較理想的減振效果。Kavous Jorabchi等人基于多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采用反饋線性化控制方法(NARMA－L2模型)對智能尾翼結(jié)構(gòu)減振系統(tǒng)進(jìn)行辨識和控制，并通過閉環(huán)測試跟PID控制器進(jìn)行控制效果的比較［39］。文獻(xiàn)［40］采用間接神經(jīng)參考模型自適應(yīng)控制方法對懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了振動主動控制研究。文獻(xiàn)［41］采用線性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行在線辨識，并利用辨識得到的信息，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行控制，將該算法應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼振動主動控制數(shù)值仿真。文獻(xiàn)［42］分別利用模態(tài)控制法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型參考控制方法對簡支梁進(jìn)行振動主動控制，并進(jìn)行了計算機(jī)仿真和實(shí)驗驗證。文獻(xiàn)［43］以某型飛行器的垂尾模型為研究對象，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了垂尾結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)的非線性振動模型辨識和振動主動控制研究和實(shí)驗。

2 主動控制技術(shù)展望

現(xiàn)有的振動主動控制技術(shù)的發(fā)展雖然取得了一些成果，但是還有一些理論和技術(shù)問題需要進(jìn)一步的研究和探索。

1)研究智能主動控制算法，如連續(xù)分布系統(tǒng)的控制方法、存在非線性特性和結(jié)構(gòu)的時變不確定性系統(tǒng)的控制方法。隨著系統(tǒng)越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)控制算法受到很大限制，需要發(fā)展智能控制技術(shù)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊控制等，而智能控制技術(shù)在振動主動控制中亦尚有許多問題亟待解決。

2)要實(shí)現(xiàn)更精確的控制，開發(fā)高精度、智能化傳感器、作動器和集成化傳感作動部件已成必然之勢，而壓電材料具有正逆壓電耦合效應(yīng)，這使得其既可作為感知外部環(huán)境變化的傳感器，又可作為對外部環(huán)境變化作出迅速反應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)自身適應(yīng)能力的致動器，壓電材料是發(fā)展的趨勢。

3)結(jié)構(gòu)控制一體化優(yōu)化技術(shù)，即將傳感器、作動器、控制器等有機(jī)地與結(jié)構(gòu)集成。主動改變結(jié)構(gòu)自身剛度和阻尼分布，自適應(yīng)實(shí)現(xiàn)振動控制的目標(biāo)。智能結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計，傳感器、作動器設(shè)計及其配置、控制器設(shè)計等環(huán)節(jié)聯(lián)合進(jìn)行。這種智能結(jié)構(gòu)在航空、航天、建筑等工程中有著廣泛的應(yīng)用前景。

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(責(zé)任編輯周江川)