Active vibration control of cantilevered pipes conveying fluid with gain scheduling controller

利用增益调度控制器对输送流体的悬臂管道进行主动振动控制

• 批准号: 09650261
• 负责人: DOKI Hitoshi
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Akita University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09650261/
• 关键词: Flow induced vibration; Active control; Pipes conveying fluid; Gain scheduling; Flutter; 能動抑制

This research deals with a stabilization of cantilevered pipes conveying fluid. To suppress the unstable phenomena of the pipe system, we employ so called gain scheduling technique. This control design procedure consists of following two steps. First, several linear time invariant (LTI) controllers are obtained for the pipe system with fixed flow velocity. We adopt LQG control law for each LTI controller design. Next, those controllers are scheduled according to the flow velocity, i.e. scheduling parameter. Concretely, LO state-feedback gains and the Kalman filter gains, which are obtained for two flow velocities, are interpolated linearly according to the measured flow velocity. The control object, which consists of the pipe system and the actuator is modeled mathematically by Galerkin method. The experimental setup consists of the pipe system, a laser sensor, an AID converter, a personal computer, a D/A converter, a DC servomotor which is used as an actuator, and a flow meter, The flow meter measures the flow velocity which is used in the controller. Results of the simulation and the experimental studies show that the gain scheduled controller has superior property to stabilize unstable phenomena of the pipe system.

这项研究涉及悬臂管输送流体的稳定。为了抑制管道系统的不稳定现象，我们采用了所谓的增益调度技术。此控制设计过程包括以下两个步骤。首先，对于具有固定流速的管系统，获得了几个线性时间不变（LTI）控制器。我们为每个LTI控制器设计采用LQG控制法。接下来，这些控制器根据流速度（即调度参数）进行安排。具体而言，根据测得的流速度，以两个流速度获得的LO状态反馈增益和Kalman滤波器的收益是线性插值的。由管道系统和执行器组成的控制对象是通过Galerkin方法数学建模的。实验设置由管道系统，激光传感器，辅助转换器，个人计算机，D/A转换器，用于执行器的DC伺服电机和流量计组成，流量计测量流速，该流量速度，该流速速度在控制器中使用。模拟和实验研究的结果表明，增益计划的控制器具有较高的特性，可以稳定管道系统的不稳定现象。

项目成果

土岐 仁: "ゲインスケジューリングによる送水管の安定化制御" 日本機械学会論文集(C編). 65巻 掲載決定. (1999)

Hitoshi Toki：“使用增益调度的水管稳定控制”日本机械工程师学会会议录（编辑 C），第 65 卷出版（1999 年）。

土岐 仁: "ゲインスケジューリングによる送水管の安定化制御" 日本機械学会論文集. (発表予定). (1998)

Hitoshi Toki：“使用增益调度的水管稳定控制”日本机械工程师学会会议记录（待提交）（1998 年）。

土岐 仁: "ゲインスケジューリングによる送水管の安定化制御" 日本機械学会論文集(C編). 65巻(掲載決定). (1999)

Hitoshi Toki：“使用增益调度的水管稳定控制”日本机械工程师学会论文集（C版）第65卷（决定出版）。

Hitoshi Doki, Kazuhiko Hiramoto, Nobuhiro Saito and Goro Obinata: "Stabilizing control of cantilevered pipes conveying fluid using gain scheduling technique" Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, Series C. Vol.65, No.632.

Hitoshi Doki、Kazuhiko Hiramoto、Nobuhiro Saito 和 Goro Obinata：“使用增益调度技术稳定控制输送流体的悬臂管道”，日本机械工程师学会汇刊，C 系列，第 65 卷，第 632 期。