基于壓電纖維復(fù)合材料的懸臂梁扭轉(zhuǎn)控制研究.pdf

1、當(dāng)前，民用和軍事領(lǐng)域都對飛行器提出了更高的要求，要求飛行器能夠在變化很大的飛行環(huán)境（高度、馬赫數(shù)等）和執(zhí)行多種任務(wù)（起降、盤旋、機(jī)動(dòng)、攻擊等）時(shí)始終保持良好的性能。為此，需要采用變體飛行器技術(shù)——利用智能材料或驅(qū)動(dòng)器，根據(jù)飛行環(huán)境和飛行任務(wù)的變化，相應(yīng)地改變飛行器的外形，使飛行器始終保持最優(yōu)飛行狀態(tài)。而機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)變形是變體飛行器的主要變形方式，對機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)控制是研制變體飛行器必須解決的難題之一。本文正是基于這一背景，以機(jī)翼的縮比模型——

2、懸臂梁為被控對象，采用壓電纖維復(fù)合材料MFC作為驅(qū)動(dòng)器，研究懸臂梁的扭轉(zhuǎn)控制問題。
　　本文被控對象柔性懸臂梁的主體為樹脂基玻璃纖維的梁肋和蒙皮，扭轉(zhuǎn)變形的驅(qū)動(dòng)器為45°極化的壓電纖維復(fù)合材料MFC。此類壓電懸臂梁系統(tǒng)具有遲滯非線性和蠕變非線性特性，同時(shí)存在殘余振蕩問題以及由于機(jī)電耦合和多體建模引起的模型未知問題。上述因素增加了壓電懸臂梁的建模和扭轉(zhuǎn)控制的難度。
　　針對壓電懸臂梁系統(tǒng)的特性，本文提出了建模及扭轉(zhuǎn)控制的解決方

3、案及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。首先對遲滯非線性特性建立了改進(jìn)的PI模型，通過逆補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)了靜態(tài)線性化;避開機(jī)理建模的難題，在階躍測試的基礎(chǔ)上使用Prony算法辨識出系統(tǒng)的傳遞函數(shù);直接利用Prony辨識的參數(shù)，設(shè)計(jì)出多模態(tài)輸入整形器，抑制由指令信號引起的振動(dòng);針對蠕變特性、外界干擾等因素的影響，設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制器，將基于改進(jìn)的PI模型的逆補(bǔ)償控制、多模態(tài)輸入整形器、PID控制器和模糊控制器有機(jī)地結(jié)合，設(shè)計(jì)了Fuzzy-PID-IS控制器用于壓電懸臂梁

4、扭轉(zhuǎn)定位控制。
　　基于辨識出的傳遞函數(shù)，在Matlab/Simulink仿真平臺下進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)，對多模態(tài)輸入整形器、PID控制器、PID-IS控制器和Fuzzy-PID-IS控制器分別進(jìn)行了仿真，并進(jìn)行了性能分析。設(shè)計(jì)了基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺的壓電懸臂梁扭轉(zhuǎn)控制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，并將控制算法應(yīng)用于硬件控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，逆補(bǔ)償控制能將靜態(tài)正弦跟蹤誤差控制在14％以下，多模態(tài)輸入整形器能有效抑制指令信號激發(fā)的振動(dòng)，F(xiàn)uzz