jic35導讀：振動主動控制是近30年來發(fā)展起來的一項振動工程領(lǐng)域內(nèi)的*，是固體力學、自動控制、計算機、材料及測試技術(shù)等多學科的交叉和綜合。振動主動控制與被動控制的區(qū)別在于，被動控制是通過改變結(jié)構(gòu)參數(shù)、釋放自身潛在能量實現(xiàn)靜態(tài)控制，它不需要外部能源，求解也比較簡單，但控制效果有限，精度不高；主動控制則是根據(jù)振動響應的信息向結(jié)構(gòu)施加控制力來實現(xiàn)動態(tài)控制，它需要外部能量、求解復雜，但它能有效地控制隨機性干擾，給大型復雜工程帶來很大益處。
振動主動控制包括開環(huán)控制與閉環(huán)控制兩類。開環(huán)控制是一種程序控制，其控制器的控制律是預先按規(guī)定的要求設置的，與受控對象的振動狀態(tài)無關(guān)；閉環(huán)控制則是根據(jù)受控對象的振動狀態(tài)實時的外加控制，使其振動滿足預定的要求,其結(jié)構(gòu)如圖1所示.具體地說,就是裝在受控對象上的傳感器測試振動參數(shù),傳感器的輸出信號經(jīng)適調(diào)、放大后傳至控制器，控制器實現(xiàn)所需的控制律，其輸出為作動器的動作命令，作動器通過附加子系統(tǒng)或直接施加作用于受控對象，即構(gòu)成一閉環(huán)振動控制系統(tǒng)。
2振動主動控制的基本方法到目前為止，振動主動控制技術(shù)已發(fā)展了多種設計方法，如特征結(jié)構(gòu)配置法，*控制法，次優(yōu)控制法，邊界控制法，獨立模態(tài)空間法，行波控制法，自適應控制法，結(jié)構(gòu)和控制器聯(lián)合優(yōu)化設計法，智能控制法等，這些方法為振動主動控制的實現(xiàn)奠定了堅實的基礎。根據(jù)設計域的不同，設計方法可分為時域設計法、頻域設計法和時域-頻域聯(lián)合設計法。時域設計是在狀態(tài)空間內(nèi)進行的，系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式為
（1）
式中，a—系統(tǒng)矩陣；b—控制或輸入矩陣；c—輸出矩陣；d—傳遞矩陣。在許多場合下d=0。矩陣a、b、c、d如與時間t有關(guān)，則系統(tǒng)是時變的。否則是時不變的。狀態(tài)空間描述反映了系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)系，從而確定了系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，這種設計方法適應面極廣，尤其適用于多輸入-多輸出系統(tǒng)，但確定系統(tǒng)的內(nèi)在結(jié)構(gòu)的過程通常是繁雜的，這一點在考慮復雜的、分布式結(jié)構(gòu)的振動主動控制問題時尤為突出，若采用狀態(tài)反饋，則會因狀態(tài)信息的缺乏而給實際應用帶來困難，為此可采用輸出反饋，但需以設計難度增大為代價。頻域設計是在實頻或復頻域內(nèi)進行的，因此它需要系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（矩陣）模型；對于式（1）表達的狀態(tài)空間描述，無論狀態(tài)如何選取，對其進行拉普拉斯變換，并考慮零初始條件，總有*對應的傳遞函數(shù)描述h（s）=c（si-a）-1b+d（2）
式中，i——單位矩陣。
這種方法對控制器具有單輸入-單輸出（或多輸出）關(guān)系的控制律設計來說既方便又直觀，如從閉環(huán)系統(tǒng)的輸入-輸出關(guān)系的幅頻特性曲線上可以判斷主動控制的減振效果。目前發(fā)展的現(xiàn)代頻域法也適用于多輸入-多輸出系統(tǒng)。時域-頻域設計是吸收上述兩種方法的優(yōu)點而發(fā)展起來的，即首先用時域設計法進行設計，然后采用輸出反饋控制律在頻域上達到*地擬合時域設計的效果。對式（1）描述的單輸入情況的系統(tǒng)，其*控制律為u=-f*x,此時系統(tǒng)框圖如圖2所示，且有u（s）/u（s）=f*（si-a）-1b（3）
圖2狀態(tài)反饋的系統(tǒng)輸入-輸出關(guān)系
圖3輸出反饋的系統(tǒng)輸入-輸出關(guān)系
若采用動態(tài)輸出反饋則有u（s）=[f（si-d）-1e+g]y（s）=h（s）y（s）此時系統(tǒng)框圖如圖3所示，且有（4）
時域-頻域設計的準則是，在一個頻段[wl,wh]范圍內(nèi)優(yōu)選h（s）使與u（jw/u（jw）達到*擬合，即使目標函數(shù)e達到極小。式中[·]*——[·]的復共軛轉(zhuǎn)置；l—頻段[wl,wh]內(nèi)所取的點數(shù)。3振動主動控制技術(shù)的應用振動主動控制技術(shù)的研究始于50年代末，80年代后進入蓬勃發(fā)展階段，現(xiàn)已成功地應用于精密儀表工程、航空航天工程、交通運輸、土木工程和機械工程等領(lǐng)域。振動主動控制的研究與應用在精密儀表工程領(lǐng)域均處于地位。美國研制的伺服隔振平臺具有典型意義，這種用于核潛艇和洲際導彈等運載工具的慣性導航儀測試標定的隔振臺將干擾加速度抑制到10-9g的水平。在航空航天領(lǐng)域主要用于直升機的“地面共振”與“空中共振”的主動抑制、高階諧波控制、機身振動的抑制和航天器大柔性結(jié)構(gòu)（如空間站、大型天線、太陽能電池板、光學系統(tǒng)等）的振動。