Linear Quadratic Regulation of a Rotating Shaft being Subject to Gyroscopic Effect
Linear Quadratic Regulation of a Rotating Shaft being Subject to Gyroscopic Effect
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受陀螺效应影响的转轴的线性二次调节
DOI：
10.1007/978-94-007-6818-5_14
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发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Rinderknecht
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Schittenhelm;Borsdorf;Rinderknecht
针对受不平衡激励和陀螺效应影响的转子试验台，设计了线性二次型调节器和卡尔曼滤波器。转子的振动是通过安装在转子的两个支撑中的一个上的两个压电堆栈致动器来控制的。陀螺效应的存在导致了系统动力学对轴的旋转频率的不良依赖。因此，需要高鲁棒性，而且分离原则不成立。由于后者的存在，在钻机的情况下，控制器和观测器的设计成为一个耦合问题。在第一步中，将控制器-观测器组合的自由设计参数的数量减少到可管理的5个。然后，在试验台有限元模型的基础上，通过遗传优化算法确定这些参数。结果表明，在包含两个不平衡诱导共振的整个工作范围内，可以用这种方法确定控制器-观测器组合，从而实现鲁棒稳定性和优异的性能。通过仿真和试验验证了控制性能。
A Linear Quadratic Regulator and a Kalman Filter are designed for a rotor test rig being subject to unbalance excitation and gyroscopic effect. Rotor vibration is controlled by means of two piezoelectric stack actuators installed at one of the two supports of the rotor. The presence of gyroscopic effect leads to an undesirable dependence of the system dynamics on rotational frequency of the shaft. As a result, there is a need for high robustness and furthermore, the separation principle does not hold. Due to the latter aspect, controller and observer design become a coupled problem in the case of the rig. In a first step, the number of free design parameters of the controller-observer combination is reduced to a manageable number of 5. Subsequently, these parameters are determined by means of a genetic optimization algorithm on the basis of a Finite Element model of the test rig. It is shown, that it is possible in this way to determine a controller-observer combination leading to robust stability and excellent performance in the whole operating range which contains two unbalance induced resonances. Control performance is validated in simulation as well as experiments at the test rig.
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