Page 281 - 《振动工程学报》2025年第11期

第 11 期 欧阳珊，等：考虑压电智能结构内部正反馈的改进 Youla-Kučera 参数化前馈鲁棒自适应振动主动控制 2739

在实际振动主动控制系统中，由于系统辨识过 扰动作动器
抑振作动器 Y轴
程中存在不可避免的偏差以及扰动信号的浮动，需
参考信号
要采用参数自适应算法来实时调整 Youla-Kučera 参 滤波通道 反馈 次级
数化前馈控制器以减小或消除振动控制系统的振动 通道 通道 X轴 坐标原点
误差传感器
误差；由于压电材料的迟滞非线性会影响瞬时误差 主通道 参考传感器

梯度估计的准确性，同时也会对输入的信号造成影 图 8 压电智能叶片结构图
响。因此，为了保证 PAA 算法的收敛精度，在进行 Fig. 8 Structural diagram of the piezoelectric smart blade
控制试验时，需引入一个迟滞非线性模型作为次级
表 4 MFC 压电元件的详细参数
通道的估计，从而修正误差梯度，保证算法的准确
Tab. 4 Detailed parameters of the MFC piezoelectric elements
性。此时，可以得到同时包含次级通道滤波和内部
压电元件 作动尺寸/ 整体尺寸/ 最大位移/ 输出力/
反馈通道滤波的 PAA 算法表达式： 型号
类型 mm mm μm N
ˆ θ(n+1) = ˆ θ(n)+ F(n)ϕ G (n)e(n+1)， 作动器 M5628-P2 56×28 67×31 −45.92 −205
0
e (n+1) 传感器 M2807-P2 28×7 37×10 −18.2 −40
e(n+1) = ，
T
1+ϕ (n)F(n)ϕ G (n)
G
 
表 5 MFC 压电元件的粘贴位置
 
 
  T  
1   F(n)ϕ G (n)ϕ (n)F(n)   Tab. 5 The bonding position of the MFC piezoelectric elements
G
F(n+1) =  F(n)−   （29）
   
 λ 1 
λ 1  T 
 +ϕ (n)F(n)ϕ G (n)  压电元件类型 X轴坐标/mm Y轴坐标/mm
G
λ 2
扰动作动器 56.702 39.384
式中， ˆ θ(n)表示滤波器权重系数； F(n)表示自适应增
抑振作动器 166.212 39.384
益矩阵； ϕ G (n)表示经次级通道模型估计后的观测向
误差传感器 164.207 15.902
量； e (n+1)表示先验自适应误差； e(n+1)表示后验自
0
参考传感器 56.702 0.814
适应误差。

数据采集板卡
3 振 动 主 动 控 制 试 验
压电智能
宿主机 目标机 功率放大器 电荷放大器 叶片

为了验证 ARMA 模型参数估计的精确度和 IPAA 图 9 基于 xPC 实时控制系统的压电智能叶片试验平台
振动控制算法的有效性，以压电智能叶片为研究对 Fig. 9 Experimental platform of the piezoelectric smart blade
象搭建了基于 xPC 实时控制系统的压电智能叶片试 based on the xPC real-time control system
验平台。同时，基于 PAA、PAA-1、PAA-2和 IPAA 算
表 6 工控机的系统配置
法分别在压电智能叶片试验平台上进行了不同工况
Tab. 6 System configuration of the industrial computer
下的振动主动控制对比试验。
内容 概述

3.1 试验平台的搭建 Intel（R） Core（TM）i3-4330TE
CPU
主频2.40 GHz
如图 8 所示的压电智能叶片为振动主动控制试 硬盘 450 GB
验的研究对象。该压电智能叶片由航空发动机叶片 内存 2 GB
模型和 MFC 组成。压电元件的参数如表 4 示。通过 操作系统 Windows XP
有限元分析和优化算法相结合的方法得到压电元件
的最优粘贴位置，如表 5 所示。由 xPC 实时控制系 32 阶，试验总时间设置为 60 s。在 xPC 实时控制系
统、数据采集板卡、功率放大器、电荷放大器等信号 统运行 10 s 后施加振动信号，待振动稳定后第 20 s
采集和处理设备组成的基于 xPC 实时控制系统的压 时施加控制信号。
电智能叶片试验平台如图 9 所示。宿主机和目标机 为了验证 IPAA 算法对不同种类信号的适用性，
为研华工控机，配置如表 6 所示。其中目标机安装 分别在单频信号扰动和多频信号扰动情况下，基于
两块 NI PCI-6289 数据采集卡，宿主机安装 MATLAB PAA 算法和 3 种改进的 PAA 算法对压电智能叶片进
2010b、Visual Studio 2010（C 语言编译环境）软件。 行振动主动控制对比试验。扰动信号分别为：幅值

为 4 V、频率为 13.67 Hz 的 1 阶固有频率正弦信号；
3.2 振动主动控制试验的验证与分析
幅值为 4 V、频率为 66.02 Hz 的 2 阶固有频率正弦信
试验过程中，对所有控制算法的相同试验，参数 号， 和 2 个 幅 值 为 2 V、 频 率 分 别 为 13.67、 66.02 Hz
设置保持统一。采样频率为 1000 Hz，滤波器阶数为 的正弦信号叠加的多频信号。