השימוש בשיטות בקרת ה- H-infinity Control ב- Noise ו-Vbration Reduction Technologies

רעש ורטטט הם אתגרים מתפשטים על פני דיסציפלינות הנדסיות, המשפיעים על כל הנוחות של נוסעים ברכב לדיוק של ציוד הייצור ואת השלמות המבנית של מבנים. טיפולים פסיביים מסורתיים - כגון קצף אקוסטי, לחות המוניים מכוונן, ועלייה אורסטומרי - לספק בסיס של הפחתה של שינויים אינטנסיביים, אבל לעתים קרובות נופל קצר כאשר מתמודדים עם שינויים, הפרעות רחבות, או מגבלות משקל קפדניות על פני שלושה עשורים, פעיל, על ידי שיטות מתקדמות, יש פיקוח על ידי שיטות פעולה אינטנסיביות על ידי כוחות בקרה מתקדמים על ידי ניתוח אינטנסיביים מתקדמים של שיטות פעולה אינטנסיביים של ניתוח אינטנסיביים של ניתוח אינטנסיביים של שיטות פעולה (H) של שיטות פעולה אינטנסיבית של שיטות פעולה אינטנסיבית של חומרים מתקדמים על ידי אימון אינטנסיביים של ניתוח אינטנסיביים של ניתוח אינטנסיביים של חומרים מתקדמים על ידי מערכת בקרה גבוהה של חומרים מתקדמים על ידי אימון אינטנסיביים של שיטות פעולה אינטנסיבית של שיטות פעולה אינטנסיבית של Hfinance) על ידי שיטות פעולה אינטנסיבית של שיטות פעולה אינטנסיבית של Hfinance אינטנסיבית של תפקודים מתקדמים על ידי מערכת בקרה גבוהה.

מימון של H-infinity Control

במרכזו, בקרת H-infinity היא טכניקת אופטימיזציה בתדר-דומיין המושרשתת בתיאוריות שליטה חזקות.ה" מייצגת את החלל הרדי, מרחב פונקציה מתמטי, ואת סמל האינסוף ( ⁇ ) מצביעה על כך שהשיטה מצמצם את הרווח הגרוע ביותר מהפרעות לפלטים לתפוקה מוסדרת. במונחים פשוטים יותר, בקר H ⁇ נועד לשמור על התגובה החסומה של המערכת אפילו תחת השילוב השלילי של מודל זה של קוד-Feric (D) אשר נחשב ל-HDDLropic).

בעיית בקרת H ⁇ הסטנדרטית, שנוסחה על ידי דויל, Glover, Khargonekar, ופרנסיס בסוף שנות ה-80, כוללת מציאת בקר K(s) עבור צמח כללי P(s) כך שתפקוד ההעברה סגורה-loop מהפרעה לתפוקה של z יש לנו נורמה H ⁇ פחות מערך מוגדר ⁇ .ly, זה בא לידי ביטוי כמו:

⁇ T zw(s) ⁇ < ⁇

כאשר T zw הוא הפונקציה העברת ה- Close-loop.המטרה היא להפוך את ⁇ קטן ככל האפשר, ובכך להבטיח כי האנרגיה הגרועה ביותר חדירת מטענים לפלטים מצמצם.הפתרון לעתים קרובות כרוך בפתרון שתי משוואות Riccati אלגברי או, לאחרונה, באמצעות אי-שוויון מטריצה ליניארית (LMIs) עבור עיצובים רב-אובייקטיביים.

אחת מנקודות החוזק המרכזיות של בקרת הה-הפיננסיות היא היכולת שלה לשלב מודלים של אי ודאות מפורשת.מהנדסים יכולים לציין אי-ודאות שלא מובנים – כגון רב-תכליתיות או הפרעות – ולעצב בקר המייצב את המערכת ופוגש מטרות ביצועים לכל הצמחים בתוך מערכת אי-ודאות זו.זה הופך את H ⁇ אטרקטיבי במיוחד עבור רעש ובקרת רטט בעולם האמיתי, שבו הפרמטרים של מערכתיים עוברים עקב טמפרטורה, ללבוש או שינוי תנאים.

בקרת רעש יעילה עם H-infinity

בקרת רעש פעילה (ANC) עובדת על העיקרון של התערבות הרסנית: מקור צליל משני (דובר) מייצר גל אנטי-נוז המבטל את ההפרעה העיקרית.האתגר הוא שמירה על ביטול כמו מקור הרעש נע, הסביבה משתנה, או הנתיב האקוסי מתפתח.הזנת קלאסית ANC משתמשת בתגובת אימפולס ראשוני אדפטיט (FIR) מסנן (למשל, מסנן, פילטר ל-L-xed-rex-rex-rex-retex) שפועלת לשינויים מהירים, אך ורק לגרסאות רחבות לאלגוריתמיות, אך ורק לאלגוריתמים, אך ורק לגרסאות רחבות, אך ורק לאלגוריתמיות, כלומר, כלומר, כלומר, פועל לאלגוריתמים, אך ורק לגרסאות רחבות, עם אלגוריתמיות, כלומר, עם אלגוריתמיות, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, אלגוריתמים, כלומר, כלומר, כלומר, להפרעות מתוחכמות, כלומר, שימוש בגרסאות רחבות, שימוש בגרסאות רחבות, שימוש בגרסאות רחבות, שימוש בגרסאות רחבות, שימוש בגרסאות רחבות להפרעות מתוחכמות, אלגוריתמיות, אלגוריתמים, אלגוריתמיות, אלגוריתמיות להפרעות מתוחכמות, אלגוריתמיות להפרעות), אך ורק

בקרת H-infinity מספקת מסגרת עיצוב שיטתית יותר עבור מערכות ANC, במיוחד בהגדרות משוב.ב משוב ANC, הבקר משתמש אותות מיקרופון שגיאות והערכות של המודל כדי ליצור אות שליטה ללא חיישן התייחסות נפרד. H ⁇ סינתזה יכול לסחור ישירות מחוץ לרעש רוחב פס נגד יציבות. לדוגמה, בקר שעוצב עם קידוד קטן סלקציה עלולה להיות לנטרל רעש נמוך אך עלול להפוך לתפקודים לא יציבים על ידי לחץ אווירי על ידי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי.

דוגמה מעשית היא ANC באולמות מטוסים.מטוסים מסחריים חווים רעש מנוע נמוך (עד 500 הרץ) כי טיפולים פסיביים לא יכולים לספוג ללא עונשי משקל עצומים.מערכות Active באמצעות בקרים H ⁇ הראו 10-15 הפחתה ברמות רעש בבקתה על פני שורות מרובות מושבים.החזקות של H ⁇ מבטיחה כי המערכת ממשיכה לבצע גם נוסעים (שינוי העומס האקטי) ומנוע נוחת, מעבר לניווט, ונחישות.

תחום אחר הוא פעיל ביטול רעש של כלי רכב.כלי רכב מודרניים יותר להסתמך על חומרים קלים אשר משדרים יותר רעש נולד מבנה. H-infinity מבוסס משוב ANC יכול להשתלב במערכת exhaust או תא הרכב כדי לבטל תדרים פורחים, שיפור איכות הקול הפנימי ללא תוספת מסה.היכולת של בקר לטפל בעיכובים של זמן (בשל טמפרטורה לגז עצמאי) הוא יתרון משמעותי על פני מסנן או מסנן החלטינרטיבי.

המונחים: H-infinity Methods

שליטה ויברציה משתרעת על מגוון רחב של קשקשים, ממיקום מיקרון של מכונות דיוק דיכוי של בניין המושרה סיסמי. ActiveRat control (AVC) מעסיק אקטוטורים - כתמים זעירים, סלילים קוליים, מגנים, לחצבים מגנטיים או rams הידראוליים - כדי ליצור כוחות מנוגדים.

בקרת טיהור

בניינים גבוהים וגשרים ארוכי טווח רגישים לתנודות המושרה על ידי השמש והרעש.עבור מכוונן המוני (TMDs) יעילים בתדירות אחת אך מאבדים יעילות כאשר השינויים הטבעיים של המבנה עקב נזק או שינוי עומסי מסה. Active TMDs נשלטים על ידי אלגוריתמים H ⁇ יכול להרחיב את רוחב הפס ולשמור על ביצועים למרות וריאציות פרמטרים.לדוגמה, החוקרים יישמו בקר על ידי מודלים מלאים של 20% לעומת מיפוי גבוה של תאים.

ביישומים אווירוקל, גלגלי תגובה לווייניים ו Cryocoolers לייצר micro-vibrations כי degrade מצביע דיוק. H ⁇ שליטה משמש לתכנון פלטפורמות בידוד רטט כי לשמור על תת-arcII מצביע תוך שילוב שינויים בתכונות המסה של הלוויין כמו דלק נצרך.החזקות של בקר כדי לא בטוח במצב הבידוד הוא קריטי; בקר רגיל LQG עשוי להיות לא יציב אם רק 10 אחוזים של בקר, בעוד הוא עדיין יכול לסבול רק 10.

רכב ורכבת Vibration

מערכות השעיה של הרכב התפתחו ממעיינות פסיביים ולחים במערכות פעילות למחצה ופעילות לחלוטין. H ⁇ שליטה היא התאמה טבעית עבור מגני מגנטים-אקטיביים למחצה (MR) לחצנים, אשר יכול לשנות את האפקטיביות לחבית במליכי שניות. על ידי הצבת בעיית השליטה ההשעיה כאופטימיזציה של H ⁇ , מהנדסים יכולים להשיג מטרות סימולטניות של נוחות נסיעה (מניעה) וטיפול (מסלול) ללא צורך בדגם מדויק של שיפור פני השטח של טיפול (מסלולארי).

בכלי רכב, כוחות מגע של גלגל-חלל גורמים לנפיחות ולרטט שמובילים לרעש וללבוש. רכיבים פעילים כגון פועלים אלקטרומגנטיים שהונחו על הבוג'י יכולים לשלוט בדינמיקה אנכית ומאוחרת יותר.בקר H ⁇ שעוצב עם פונקציות משקל תלויות בתדר יכול להגביר את הסימון הראשוני ואת מצבי האגרה של גוף המכונית תוך הבטחת כי כוחות ההפעלה נשארים בתוך גבולות פיזיים הראו ירידה של 300% עם רמות האנכיות שונות.

השוואה עם שיטות בקרה חלופיות

כדי להעריך את הנישה של שליטה H ⁇ , זה שימושי להשוות אותו עם גישות נפוצות אחרות ברעש והפחתה רטט.

  • (FLT:0)PID Control:FLT:1 פשוט בשימוש נרחב, אבל רווחים PID מכוונים בדרך כלל לנקודת הפעלה אחת.ברטים, PID לא יכול להתמודד ביעילות עם מצבי שחזור מרובים או זוגות שאינם מקובצי חיישן, לעתים קרובות מוביל לאי יציבות בתדרים גבוהים יותר.
  • (FLT:0)LQR/LQG: ®Optimal for Gaussian הפרעות, אבל LQG אין שולי יציבות מובטחים - טעות קטנה של מודלים עלולה לגרום לאי יציבות.
  • (FLT:0) סינון מסנן (FxLMS): ⁇ FLT 1 Dominant להאכיל קדימה ANC בגלל הפשטות שלה ויכולת לעקוב אחר סביבות משתנות לאט.עם זאת, הוא דורש אות התייחסות קוהרנטית, מתאחד לאט לאט עבור רעש פס רחב, ואין לו ערובה רשמית תחת שינויים צמחיים.
  • (FLT:0) סינתזה: FLT:1A טכניקת בקרה מתקדמת יותר אשר מטפל בחוסר ודאות מובנה (למשל, פרמטר וריאציות) μ-סינתזה יכול להניב ביצועים טובים יותר מאשר H ⁇ כאשר מבנה אי הוודאות ידוע, אבל זה אינטנסיבי יותר ויותר חזק כדי לכוון.

עבור רוב בעיות רעש תעשייתיות רטט, H ⁇ מכה איזון חיובי בין יכולת חישובית, ביצועים, ועוצמה.זה חשוב במיוחד כאשר המערכת מנקה בקלות, יש כמה מצבי חלל הדוקים, או חייב לפעול בתנאים לא בטוחים שלא ניתן למדוד בזמן אמת.

שיקולים מעשיים

למרות האלגנטיות התיאורטית שלו, פריסת השליטה H ⁇ בחומרה אמיתית מציגה מספר אתגרים הנדסיים שיש לטפל בהם:

  • (FLT:0)Model Accuracy:FLT:1 H ⁇ מסתמכת על מודל צמחי נומינאל. בעוד שהוא סובל אי ודאות מתונה, מודלים לא מדויקים באופן גס מובילים לביצועים נמוכים או חוסר יציבות.זיהוי מערכת באמצעות מדידות תגובה הוא מומלץ, עם תשומת לב מיוחדת לשלב ליד שיאים חוזרים.
  • (FLT:0Discrete-Time design:FreaLT:1) רוב המימושים משתמשים כיום בבקרים דיגיטליים. H ⁇ בקרים ניתן לסנתז ישירות ב- Disrete-Time או מומר משעות רצוף באמצעות שינויים בינאריים.
  • (FLT:0)Controller Order:FLT:1 הפתרון H ⁇ מניב בקר של סדר שווה לזה של הצמח הכללי (plant בתוספת משקולות פונקציות) עבור מבנים מורכבים, זה יכול להיות 10-30 מדינות, אשר עשוי לעלות על התקציב חישובי של מיקרובקרים בעלות נמוכה.מודל טכניקות הפחתה כגון חתלתול או הקטנת אנרמל מוחלים כדי להשיג סדר נמוך יותר כי שמירה על יציבות סגורה.
  • (FLT:0ensor and Actuator Constraints:FLT) 1 מעשים בעולם האמיתי יש שבץ מוגבל, רוחב פס וכוח.מגבלות אלה חייבות להיות משולבות כמשקל קלט בבעיית H ⁇ .
  • (FLT:0) רובוטות לעומת ביצועי המסחר-off:03: 1 A ⁇ נמוך יותר פירושו ביצועים הדוקים יותר אבל שולי יציבות מופחתים.המעצב חייב להפעיל סימולציות וניסויים כדי לבחור פונקציות משקל הניבות ערך הניבות סחר פוטנציאליות.

סיפור הצלחה בולט הוא השימוש של שליטה H ⁇ במנוע פעיל מכוניות יוקרה.המדרגות האלה משלבות אלמנט גומי עם ערימה אדזואלקטרית כי מייצרת כוח כדי לבטל את רטט המנוע בדל ובבמהלך cruising. המבנה הבלתי מפוספס של הר - שתי צלחות מתכת עם חיישנים מוטבע - הוא מערכת לחיקה קלה עם קשיחות כמו גיליונות על ידי אימון H.

כיוונים עתידיים ומחקרים עתידיים

בקרת ה-H-infinity ממשיכה להתפתח, מונעת מהצורך במערכות רעש קלות ויעילות יותר ויותר אוטונומיות וניהול רטט.

בקרת H ⁇

עיצובים מסורתיים H ⁇ קבועים ונשען על מודל אי הוודאות קודם לכן. תוכניות הסתגלות H ⁇ משלבות פרמטר מקוון estimation עם סינתזה על-ידי בקר, ביעילות לעדכן את התיאור אי הוודאות כתנאי שינוי.זה יקר עבור יישומים כגון בקרת להב טורבינות רוח, שבו הדינמיקה מבנית משתנה עם מהירות רוח וזווית המגרש.

Multi-Objective and Structured H ⁇

תקן H ⁇ מתייחס לקריטריון ביצועים יחיד (הנורמה H ⁇ ) בפועל, מהנדסים לעתים קרובות רוצים לייעל מטרות מרובות: ירידה רעש, צריכת חשמל, מאמץ הפעלה, ונסיעה נוחות. Multi-objective H ⁇ באמצעות LMIs מאפשר למעצב לקבוע משקל שונה עבור ערוצים שונים ולאכיפת מגבלות כמו H2 עבור הפרעות סטוכאסטיות.

שילוב עם Machine Learning

גישות מונעות נתונים משולבים עם H ⁇ סינתזזה כדי להפחית את התלות המודל.לדוגמה, רשת עצבית יכולה ללמוד את הדינמיקה השוכנת בין מודל נומינאלי לבין הצמח בפועל.שדינמיקה שלמדו מוטבעת בתיאור אי הוודאות רב-תכליתי בעיצוב H ⁇ , וכתוצאה מכך בקר מטפל הן את ההתנהגויות המודגם והן לא ממודלים.

המונחים: low-Cost Embedd

כמיקרובקרים הופכים להיות חזקים וזולים יותר, הנטל המחשוב של H ⁇ הופך פחות ממחסום.ההיתוך חושי באמצעות מדמטרים ומיקרופוןs של MEMS, בשילוב עם יישום קבוע יעיל של משוואות המדינה של בקר, הופך רעש פעיל ובקרת רטט סביר עבור מוצרים בשוק המוני כגון אוזניות, מכונות כביסה, ומכשירי בית.

מסקנה

שיטות בקרה H-infinity התבגרו מתאוריה תובענית מתמטית לתוך כלי הנדסי מעשי עבור הטפטפט כמה בעיות הרעש והדינס התובעניות ביותר.על ידי חשבונאות מפורשת של אי-ודאות וקידוד עבור התרחיש הגרוע ביותר, H ⁇ מספק ביצועים חזקים כי בקרים קלאסיים לא יכולים להתאים את עצמם ליישומים שלה מאולמות מטוסים ומבנים רכב, באופן עקבי, תוך מתן הפחתה משמעותית ברעשים ושמירה על יציבות פעילה יותר על פני מערכות בקרה.