基于壓電材料的懸臂梁振動主動控制研究.pdf

1、為減小載荷和降低成本，飛行器的翅翼設(shè)計大多采用低剛度、柔性化的輕質(zhì)材料，但是隨著飛行速度和機動性能的提高，翅翼所受載荷卻在不斷增大，致使翅翼結(jié)構(gòu)的彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度越來越難以保證，這些均將引起翅翼結(jié)構(gòu)在飛行中變形增加，高速飛行時，很小的變形就可能引起嚴重的振動問題?；谏鲜銮闆r，本文以柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)為被控對象，設(shè)計了基于壓電材料的懸臂梁結(jié)構(gòu)振動主動控制實驗，主要研究內(nèi)容如下：
　　⑴在深入學習基于壓電材料的智能主動控制基本理論的基

2、礎(chǔ)上，建立了懸臂梁結(jié)構(gòu)的振動模型，并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點，分別設(shè)計了常規(guī)PID控制器、模糊自整定PID控制器以及基于遺傳算法的模糊自整定分數(shù)階PIλDμ控制器，通過MATLAB仿真實驗研究，分析了以上控制方法各自的性能和特點。
　　⑵為了驗證上述仿真實驗的準確性，設(shè)計了基于LabVIEW的懸臂梁振動主動控制硬件實驗平臺，硬件實驗以PC機為控制核心，采用條狀復合壓電纖維(Macro Fiber Composite-MFC)材料作為致動器，激

3、光位移傳感器作為反饋元件構(gòu)建的振動主動控制裝置。激光位移傳感器將采集到的懸臂梁位移信號傳送到控制器，控制器動作產(chǎn)生控制信號，經(jīng)驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生電壓信號作用于MFC致動器，MFC致動器產(chǎn)生張力，來控制懸臂梁的振動。
　?、擒浖脚_采用LabVIEW模塊化語言分別設(shè)計了激振模塊、算法模塊和模擬信號輸出模塊;在信號采集部分，通過C++編程封裝了DLL形式的底層串口通訊協(xié)議，激光位移傳感器通過串口RS-485直接與計算機進行通訊;另外，設(shè)計了

4、人機交互系統(tǒng)，使得硬件實驗更為清晰，便利。
　?、葘嶒灲Y(jié)果表明:復合壓電纖維材料作為致動器，具有良好的柔順性，且靈敏度高，適合用于梁結(jié)構(gòu)的振動主動控制;控制策略上采用分數(shù)階PIλDμ控制器，分數(shù)階微積分算子以加權(quán)的形式考慮了控制器在一定范圍內(nèi)的整體信息，具有記憶性，5個可調(diào)參數(shù)使控制更細膩、精準，可以更準確地表達控制器的動態(tài)執(zhí)行能力;采用模糊控制理論中的推理方法實現(xiàn)分數(shù)階PIλDμ控制器參數(shù)在線整定，這種復合控制方法把分數(shù)階PIλ