柔性结构系统的振动控制研究与仿真系统设计

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1、硕士学位论文柔性结构系统的振动控制研究与仿真系统设计作者姓名翁轩学科专业控制理论与控制工程指导老师吴忻生副教授所在学院自动化科学与工程学院论文提交日期2016年4月VibrationControlandSimulationSystemDesignofFlexibleStructureSystemADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WengXuanSupervisor：AssociateProf.WuXinshengSouthChinaUniversityofTech

2、nologyGuangzhou,China分类号：TP273学校代号：10561学号：201320112330华南理工大学硕士学位论文柔性结构系统的振动控制研究与仿真系统设计作者姓名：翁轩指导教师姓名、职称：吴忻生副教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：控制理论与控制工程研究方向：分布式参数系统控制论文提交日期：2016年4月26日论文答辩日期：2016年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：莫鸿强委员：郗晓田吴忻生游林儒摘要随着科技的不断发展，刚性结构在许多环境下已经不能满足新的工业结构需求

3、，柔性结构开始广泛应用于航空航天、机械制造和海洋工程等领域。柔性结构具有柔性大、阻尼小的特性，当受到扰动后容易产生长时间持续振动，影响系统正常工作，降低系统生产效率和加速结构损坏。然而，柔性结构系统复杂的结构特性给系统的模型建立和振动控制带来很大困难。因此，柔性结构系统的振动控制问题成为了国内外研究的热点之一。本文以柔性传送带和柔性机械臂两类典型的柔性结构系统为研究对象，研究系统的建模、振动控制及仿真系统设计问题。本文的主要内容如下：1、对于柔性结构这类分布参数系统，本文从能量的角度分析柔性结构系统的动力学特性，采用哈密顿原理和变分

4、计算得到表示系统无限维模型的偏微分方程和边界条件。2、针对模型降阶方法的不足，本文基于系统动力学偏微分方程，采用边界控制技术与Lyapunov综合法设计了边界控制以抑制结构振动，然后通过Lyapunov直接法进行控制系统稳定性证明，验证了所设计控制方法的有效性。其中，采用PD边界控制方法以快速抑制柔性传送带振动；采用鲁棒自适应控制方法来控制具有边界未知扰动的柔性机械臂振动偏移量和补偿系统的参数不确定性。3、本文通过MatlabGUI和Android程序设计完成了整个仿真系统的设计，并在此系统上进行仿真实验。利用MatlabGUI程序

5、设计模拟系统振动的实时过程，Android应用监测存储振动数据并计算控制量，两部分通过串口实现实时通讯，最后通过仿真实验验证了所设计的PD和鲁棒自适应主动控制方法的有效性。关键词：柔性结构；建模；边界控制；Lyapunov直接法；仿真系统IAbstractWiththecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,inmanycircumstancesrigidstructurecannotmeetthestructuredemandofnewindustry,flexiblestructu

6、rebegantobewidelyusedinaerospace,machinerymanufacturing,marineengineeringandotherfields.Flexiblestructureischaracterizedwithlargeflexibilityandlowdamping,whensubjectedtodisturbance,it‟seasytoproducelongtimesustainedvibrationwhichimpactssystemtoworkcorrectly,reducessyst

7、em‟sproductionefficiencyandacceleratesstructuraldamage.However,thecomplexstructuralcharacteristicsofflexiblestructuresystembringgreatdifficultyinmodelingandvibrationcontrol.Therefore,thevibrationcontrolofflexiblestructuresystemhasbecomeoneoftheresearchhotspotsathomeand

8、abroad.Thispaperstudiesflexibleconveyerbeltandflexiblemanipulatorwhicharetwokindsoftypicalflexiblestructuresystem,and