基于PID控制方法的模糊变增益振动主动控制试验研究 (2012年)
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第
４４
卷第
１
期
２０１２
年
２
月
南 京 航 空 航 天 大 学 学 报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１
Ｆｅｂ．２０１２
基于
﹫﹥
控制方法的模糊变增益振动主动控制试验研究
邵敏强 陈卫东 徐庆华
（
南京航空航天大学航空宇航学院
，
南京
，２１００１６）
摘要
：
结合模糊控制方法智能化的特点
，
设计出一种不依赖模型参数且可以自动调节控制器增益的控制算法
。
该
方法以比例
、
积分和微分
（
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｌａｎｄｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ
，
ＰＩＤ
）
控制为基础
，
根据系统输出及输 出变化 率自
动调节控制器增益
，
使控制系统具有更强的适应能力
。
同时针对振动测试信号中含有噪 声干扰 和直流 分量的 情
况
，
构造依 赖模型 部分参 数的二 阶窗函 数
，
在保证 不改变 受控模 态信号 特征的 同时 有 效衰 减 非受 控 模态 信 号干
扰及直流分量
。
建立悬臂梁模型进行试验验证
。
结果表明
，
该方法能够使受控系统的 振动幅 值减小 到开环 时的
５％
以下
，
其效果明显优于普通
ＰＩＤ
控制
。
并且
，
通过引入二阶窗函数
，
系统在具有非受控模态信号干扰的情况下
能够保持有效控制
，
使算法具有更好的稳定性和鲁棒性
。
关键词
：
振动主动控制
；
比例
、
积分和微分控制
；
模糊控制
；
二阶窗函数
；
鲁棒性
中图分类号
：
ＴＰ
２７３．４；
Ｏ
３２１
文献标识码
：
Ａ
文章编号
：１００５２６１５（２０１２）０１００２００５
收稿日期
：２０１１０７０７；
修订日期
：２０１１０８３０
通讯作者
：
陈卫东
，
男
，
教授
，
博士生导师
，１９６２
年生
，
Ｅ
ｍａｉｌ
：
ｃｈｅｎｗｄ
＠
ｎｕａａ
．
ｅｄｕ
．
ｃｎ
。
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爳牎牃牗爩牏牕牚牏牃牕牋
，
爞牎牉牕爾牉牏牆牗牕牋
，
牀牣爯牏牕牋牎牣牃
（
ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
，
ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ＆Ａｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ
，
Ｎａｎｊｉｎｇ
，２１００１６，
Ｃｈｉｎａ
）
﹢┈┉┇┉
：
Ａ ｖａｒｉａｂｌｅｇａｉｎｂａｓｅｄｏｎｆｕｚｚｙｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｌｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ
（
ＰＩＤ
）
ｃｏｎｔｒｏｌａｌｇｏ
ｒｉｔｈｍｓｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｄｅｓｉｇｎａｎａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ
．
ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａｐｕｒｅＰＩＤ ｓｃｈｅｍｅ
，
ｔｈｅ
ｍｅｔｈｏｄｈａｓｂｅｔｔｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｒｏｂｕｓｔａｂｉｌｉｔｙ
．
ＣｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｕｎｋｎｏｗｎｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄＤＣｅｘｃｕｒ
ｓｉｏｎｉｎｃｌｕｄｅｄｉｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｓｉｇｎａｌｓ
，
ａｎｏｒｄｅｒｔｗｏｗｉｎｄｏｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎｉｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ
．
Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓ
ｉｎｄｉｃａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｉｓｓｔａｂｌｅｗｈｅｎｔｈｅｏｕｔｐｕｔｉｎ
ｃｌｕｄｅｓｔｈｅｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅａｎｄＤＣｅｘｃｕｒｓｉｏｎ
．
┎┌┄┇┈
：
ａｃｔｉｖｅｖｉｂｒａｔｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌ
；
ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｌｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ
；
ｆｕｚｚｙｃｏｎｔｒｏｌ
；
ｏｒｄｅｒｔｗｏ
ｗｉｎｄｏｗ ｆｕｎｃｔｉｏｎ
；
ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ
在诸多工程应用中
，
噪声和振动始终存在并且
是迫切需要解决的问题
。
目前
，
噪声和振动主动控
制已经成为众多学者研究的重要课题
，
已有大量的
研究成果应用于工程控制领域
［１３］
。
比 例
、
积 分 和 微 分
（
Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌｉｎｔｅｇｒａｌ
ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ
，
ＰＩＤ
）
控制 至 今依 然 是 工 业 控 制 领 域 应
用最广泛的控制方法
。
对于绝大多数线性系统
，
采
用
ＰＩＤ
方法都可以达到很好的控制效果
。
但是
，
对
于复杂结构或是参数未知的系统
，
纯粹的
ＰＩＤ
方法
就不再能够满足控制要求
。
因此
，
也出现了许多专
门针对这些复杂系统的研究
，
如自适应控制
，
模糊
控制
，
最优控制
［４５］
等
。
模糊控制是控制理论的一个重要分支
，
该方法
具有智能化的特点
，
对参数未知或结构复杂的系统
具有较好的适应能力
。
模糊控制在轨迹跟踪和系统
动力学控制方面已有很多应用
［６７］
。
同时在振动主
动控制方面也有应用
，
如
Ｑｕ
等
［８］
将模糊控制与
ｆｉｌ
ｔｅｒｅｄ
Ｘ ＬＭＳ
方法相结合 用 于非 线 性系 统 的自 适
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