基于信號(hào)處理的壓電自感知執(zhí)行器解耦研究.pdf

1、智能結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制是近年來(lái)國(guó)內(nèi)國(guó)外備受關(guān)注的研究領(lǐng)域，壓電材料作為一種新型的智能材料，以其良好的機(jī)電耦合特性、較寬的工作頻率范圍，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。而由壓電材料構(gòu)成的自感知執(zhí)行器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、高頻適用性強(qiáng)、驅(qū)動(dòng)和處理電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制、結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)、系統(tǒng)辨識(shí)及MEMS加工技術(shù)等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。 目前國(guó)內(nèi)外對(duì)壓電自感知執(zhí)行器的研究主要側(cè)重于傳感信號(hào)和執(zhí)行信號(hào)解耦方法的研究，常用的解耦

2、方法是電橋電路法，本文在此基礎(chǔ)上提出了盲源分離解耦法，并對(duì)傳統(tǒng)數(shù)模實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)信號(hào)處理解耦法做了改進(jìn)，通過(guò)理論分析和壓電自感知執(zhí)行器振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這兩種方法的可行性和優(yōu)越性。 本文主要完成的工作，通過(guò)壓電換能器的雙向換能器理論和工作時(shí)信號(hào)特點(diǎn)，闡述了用盲源分離和自適應(yīng)信號(hào)處理實(shí)現(xiàn)壓電自感知執(zhí)行器信號(hào)解耦的原理和方法；根據(jù)理論分析，制作了壓電懸臂梁，設(shè)計(jì)了盲源分離觀測(cè)信號(hào)檢測(cè)電路，與NIPCI6221數(shù)據(jù)采集卡和外圍信號(hào)調(diào)理

3、電路構(gòu)成盲源分離硬件系統(tǒng)；設(shè)計(jì)了自適應(yīng)觀測(cè)信號(hào)檢測(cè)電路，與TMS320F2812系統(tǒng)和外圍信號(hào)調(diào)理電路構(gòu)成自適應(yīng)信號(hào)處理系統(tǒng)；采用LabVIEW和MATLAB混合編程建立了盲源分離軟件系統(tǒng)，采用TMS320F2812的軟件開發(fā)環(huán)境CCS2.1設(shè)計(jì)了自適應(yīng)信號(hào)處理軟件系統(tǒng)，并進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)；基于上述軟硬件系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了盲源分離與自適應(yīng)信號(hào)解耦方法的可行性，根據(jù)解耦結(jié)果，提出了懸臂梁閉環(huán)振動(dòng)控制的方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)壓電懸臂梁進(jìn)行系統(tǒng)

4、辨識(shí)，根據(jù)辨識(shí)結(jié)果設(shè)計(jì)了PID控制器；最后采用改進(jìn)LMS的自適應(yīng)信號(hào)濾波算法和不完全微分PID的Z傳遞控制算法，設(shè)計(jì)了自適應(yīng)自感知執(zhí)行器的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制系統(tǒng)，并在懸臂梁受到瞬時(shí)擾動(dòng)和持續(xù)擾動(dòng)兩種情況下，實(shí)現(xiàn)了基于DSP2812的懸臂梁振動(dòng)控制。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用盲源分離技術(shù)可以有效地實(shí)現(xiàn)壓電自感知執(zhí)行器傳感和執(zhí)行混合信號(hào)的解耦；采用自適應(yīng)信號(hào)處理同樣可以實(shí)現(xiàn)壓電自感知執(zhí)行器的解耦，根據(jù)解耦獲得的振動(dòng)信號(hào)，能夠?qū)崿F(xiàn)壓電梁的自感知振