基于壓電材料的懸臂梁振動(dòng)主動(dòng)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(jì)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(jī)動(dòng)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(shí)，很小的變形就可能引起嚴(yán)重的振動(dòng)問題?；谏鲜銮闆r，本文以柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)為被控對(duì)象，設(shè)計(jì)了基于壓電材料的懸臂梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，主要研究內(nèi)容如下：
　?、旁谏钊雽W(xué)習(xí)基于壓電材料的智能主動(dòng)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(dòng)模型，并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)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?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，通過MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)研究，分析了以上控制方法各自的性能和特點(diǎn)。
　?、茷榱蓑?yàn)證上述仿真實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，設(shè)計(jì)了基于LabVIEW的懸臂梁振動(dòng)主動(dòng)控制硬件實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，硬件實(shí)驗(yàn)以PC機(jī)為控制核心，采用條狀復(fù)合壓電纖維(Macro Fiber Composite-MFC)材料作為致動(dòng)器，激

3、光位移傳感器作為反饋元件構(gòu)建的振動(dòng)主動(dòng)控制裝置。激光位移傳感器將采集到的懸臂梁位移信號(hào)傳送到控制器，控制器動(dòng)作產(chǎn)生控制信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生電壓信號(hào)作用于MFC致動(dòng)器，MFC致動(dòng)器產(chǎn)生張力，來控制懸臂梁的振動(dòng)。
　?、擒浖脚_(tái)采用LabVIEW模塊化語言分別設(shè)計(jì)了激振模塊、算法模塊和模擬信號(hào)輸出模塊;在信號(hào)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(jì)算機(jī)進(jìn)行通訊;另外，設(shè)計(jì)了

4、人機(jī)交互系統(tǒng)，使得硬件實(shí)驗(yàn)更為清晰，便利。
　?、葘?shí)驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合壓電纖維材料作為致動(dòng)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(dòng)主動(dòng)控制;控制策略上采用分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，分?jǐn)?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(gè)可調(diào)參數(shù)使控制更細(xì)膩、精準(zhǔn)，可以更準(zhǔn)確地表達(dá)控制器的動(dòng)態(tài)執(zhí)行能力;采用模糊控制理論中的推理方法實(shí)現(xiàn)分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器參數(shù)在線整定，這種復(fù)合控制方法把分?jǐn)?shù)階PIλ