基于dSPACE的振动主动控制系统半物理仿真实验研究

摘要

随着IMO对船舶振动噪声的要求不断提高,振动主动控制技术以其较好的外扰频率变化适应性和低频控制性能逐渐成为目前船舶振动工程领域的前沿性研究方向。基于振动主动控制技术,针对不同的控制对象如何迅速有效地建立和优化相应的控制系统就成了目前主动控制技术工程化进程中亟待解决的问题。近年来,半物理仿真技术作为控制系统的开发、控制器在线测试的一种有效手段被逐步应用于航空、航天及汽车工业。本文将半物理仿真技术引入振动主动控制系统开发,基于dSPACEDS1103软、硬件开发平台,以双层隔振台架为被控对象,建立了快速控制原型的半物理仿真实验平台。同时,基于SIMULINK/SimMechanics搭建了可用于控制器硬件在环仿真的双层隔振台架模型,并通过振动控制仿真验证了该模型的有效性,也表明了基于该模型快速搭建隔振台架模型和开展控制器硬件在环仿真研究是可行的。
　　本文首先简要分析了双层隔振台架的固有特性,进行了基于dSPACE的误差通道自适应离线辨识试验,得到两个误差通道辨识后的权系数。针对滤波x-LMS控制算法进行了SIMULINK离线仿真,通过分析单频和双频激励时算法的动态性能,验证了算法的有效性和所搭建算法模型的正确性。
　　其次,在离线仿真程序框图中保留控制算法模型部分,并加入与外部信号发生、采集、驱动设备实现连接、通讯的dSPACERTII/O端口模块,并连接外部设备到相应的I/O引脚,建立了基于dSPACE的振动主动控制快速原型实验平台。基于dSPACE/RTI与SIMULINK/RTW的无缝连接技术,将算法模型生成DS1103PPC处理器可实时运行的C代码,并连接、下载到dSPACE处理器中作为原型控制器实时运行。针对75Hz和90Hz单频正弦信号激励源和70Hz与93Hz双频正弦信号激励源进行了快速控制原型实验,单频激励分别取得了41dB和60dB的减振效果,双频激励的减振效果也可达到6dB和12dB。
　　最后,基于SIMULINK/SimMechanics建模、仿真环境建立了双层隔振主动控制系统模型,针对该系统模型进行了单频激励源和双频激励源下的主动控制系统仿真研究,都取得了较好的控制仿真效果,验证了模型的正确性,为振动主动控制器硬件在环仿真的研究和振动主动控制器的性能测试奠定了基础。

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第1章 绪论

1.1 论文研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第2章 振动主动控制系统半物理仿真的基本原理

2.1 引言

2.2 双层隔振台架的固有特性研究

2.3 基于LMS的自适应滤波算法

2.4基于LMS自适应算法振动主动控制系统MATLAB/Simulink仿真

2.5 基于dSPACE进行振动主动控制系统开发的一般步骤

2.6 基于dSPACE的半物理仿真系统软、硬件介绍

2.7 本章小结

第3章 基于dSPACE的振动主动控制系统快速控制原型实验

3.1 引言

3.2 误差通道自适应离线辨识原理

3.3 误差通道离线辨识试验

3.4 基于MATLAB/Simulink的振动主动控制系统离线仿真

3.5 基于dSPACE的快速控制原型（RCP）半物理仿真实验

3.6 本章小结

第4章 基于SimMechanics的双层隔振主动控制系统建模和仿真

4.1 引言

4.2 基于SimMechanics建立双层隔振主动控制系统模型

4.3 双层隔振主动控制系统仿真

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢