基于卡尔曼滤波的电液伺服振动台加速度谐波辨识研究

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电液伺服振动台负载能力强,能够产生大激振力和大位移的振动,是用于进行振动试验的一种重要设备,广泛应用于工程领域。深入研究电液伺服振动台具有重要的研究意义和实用价值。本文针对振动台正弦振动试验中导致加速度响应信号出现失真现象的谐波成分,研究如何用卡尔曼滤波构建辨识系统来进行实时的辨识,为谐波消除提供谐波成分信息,从而降低响应信号的波形畸变,提高响应信号的复现精度。分析振动台的国内外研究应用现状和相关领域对于谐波辨识方法的研究成果,发现谐波辨识的研究主要集中在电力系统领域,而针对电液伺服振动台的谐波辨识则很少有人涉足。本文首先分析了电液伺服振动台的动力机构特性,设计了满足系统频宽要求的三状态控制器。随后用基于xPC Target搭建的双机实时试验系统进行了振动台的正弦振动试验,并获取了试验的数据。正弦振动试验的波形显示出响应信号的严重失真,本文用谐波总失真程度THD来衡量响应信号波形的失真程度。为了消除谐波成分,降低信号的失真度,需要将加速度响应信号中的谐波成分辨识出来。在分析了响应信号频谱特性的基础上,假设无噪声情况下的加速度响应信号是各次谐波线性叠加的结果。基于这样的假设,建立了加速度响应信号的三种状态空间模型。将这三种信号模型分别与标准卡尔曼滤波、广义卡尔曼滤波和无味卡尔曼滤波做适当的组合,本文构建出了四种加速度响应信号谐波辨识系统,并用这四种辨识系统对构造的验证信号进行辨识,验证了四个辨识系统的有效性。之后本文用所建立的辨识系统对正弦振动试验中获取的响应信号数据做了谐波辨识实验。通过比较四个辨识系统对两组数据的辨识实验结果,分析了四种辨识系统辨识谐波性能的优劣。最终认为,采用标准卡尔曼滤波算法和时不变测量矩阵线性模型相结合的辨识系统不仅辨识速度快、辨识精度高,而且能直接得到所要辨识的各次谐波值,无需重构,计算量小,实时性好。
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