柔性臂系统主动控制研究

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1、摘要硕士学位论文大型挠性空间结构具有模态阻尼小、固有频率低且频率密集的特点，其振动问题受到广泛关注。压电陶瓷作为一种智能材料，因具有质量轻、频率宽和适应性强等优点，广泛应用于柔性空间结构的振动控制中。本文针对一套表面粘贴有分布式压电传感器和致动器的LYl2(硬铝)智能材料柔性臂系统，在对系统组成进行分析的基础上，建立了柔性臂实验系统的有限元模型，并采用自由度凝聚法对该模型进行了降阶处理，以方便控制器设计。利用压电陶瓷片的正逆压电效应，建立了压电片与柔性臂系统的机电耦合方程。在分析系统模型特性的基础上，分别采用线性二次最优控制、模糊控制和模糊自适应PID控制方法设计了主动控制器，实现柔性

2、臂系统在瞬时干扰下的主动抑振控制，仿真结果表明，三种方法均能有效地抑制结构振动。在物理实验系统中，采用VB编写了柔性臂系统主动控制实验的软件，界面友好、功能较强。利用该软件，可以方便地施加干扰激励柔性臂系统振动，辨识柔性臂系统的振动参数，实现相应的控制算法，为进行柔性臂系统主动抑振控制实验提供了良好的软件平台。采用模态法对实验系统进行研究，实验结果表明抑振效果良好。关键词：智能结构，有限元，压电效应，主动振动控制，VBAbstractFlexiblelargespacestructuresareofsmalldampingmode，smallnaturalfrequencyandlow

3、frequency-intensive，andthevibrationproblemsacquireextensiveattention．Duetotheadvantagesoflightquality,widefrequencyandstrongadaptability,piezoelectricceramicaSakindofintelligentmaterialsiswidelyusedinthevibrationcontrolofflexiblespatialstructure．A11i曲orderfinitedementmodelofaduraluminflexiblebea

4、mwithdistributedpiezoelectricsensorsandactuatorswaspresentedinthispaper．Thebeamequationwasdevelopedincorporatingthestiffness，massandelectromechanicalcouplingeffectsofthepiezoelectricapparatuses．Bytheskillsofdynamiccontract,thedegreeoffreedomWasdecreasedinfavorofthedesignofcontroller．Afteranalyzi

5、ngthecharacteristicsofthissimplifiedmodel，Thelinearquadraticregulatorapproach，fuzzycontrolandfuzzyadaptivePIDweredesignedforactivevibrationcontrolwiththestructuresubjectedtoimpulsedisturbance．AndsimulatiOIlSoftheclosed—loopsystemwiththesethreemethodsareperformedwellinMATLAB．Inexperiment，experime

6、ntalcontr01softwareofthebeamwhichiSfriendlyinterfaceandmorefeaturesiSprogrammedbyVB．Thevibrationparametersareidentifiedfirstly,andthendrivethebeamtovibratethroughtheimpositionofsineorrandomsignal．TherightalgorithmWasactualizedtotakeactivecontrol，andtheresultsshowthattheeffectofvibrationsuppressi

7、onisgood．Keywords：Intelligentstructure，finiteelementmethod，piezoelectriceffect，Activevibrationcontr01．VB硕士学位论文柔性臂系统主动控制研究主要符号表单元节点系位移阵列待定系数梁单元横截面积压电片的宽度阻尼矩阵阻尼矩阵的系数压电应力系数压电应变系数材料的弹性模量梁截面抗弯刚度频率(Hz)等效节点载荷向量压电片的厚度截面二次矩，4X4单位矩阵刚度