基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究.doc

本文档下载自360文档中心,更多免费文档请访问网址
/info-
基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究
振动与冲击
第27卷第12期
JOURNALOFVIBRAl"IONANDSHOCK
基于模糊控制的压电挠性梁的振动主动控制实验研究
魏井君,邱志成,叶春德
(华南理工大学机械工程学院,广州510641)
摘
要:针对压电智能挠性悬臂梁进行了基于模糊振动控制研究。首先推导了压电智能挠性悬臂梁的控制方程。
基于查表法设计振动模糊控制器,并在此基础上运用了一种修正技术提高模糊控制精度,,设置信号阀值实现Fuzzy控制和Pl控制的切换,设计了挠性悬臂梁振动主动控制算法。建立了压电智能挠性悬臂梁的实验平台,采用提出的控制方法对悬臂粱振动进行实验研究,实验结果表明:振动被快速抑制,系统的动态、稳态性能方面优于普通模糊控制器。
关键词:压电悬臂梁;振动主动控制;模糊控制;实验研究中图分类号:TP273
文献标识码:A
随着航天航空技术的不断发展,大型化、低刚度与柔性化已成为各类航天结构的一个重要发展趋势…。这类结构的模态阻尼小,一旦受到某种激振力的作用,其振动要延续很长时间,如不采取措施对其振动进行抑制,会影响到航天器的正常工作。因而,柔性结构振动主动控制技术成为了目前国内外振动工程界的研究热点之一。振动主动控制性能的关键因素之一就是振动主动控制器的设计,传统控制理论立足于被控对象精确的数学模型,而柔性结构控制中存在着大量不确定性因素旧J,这就给建立控制器的精确模型带来了很大困难。智能控制的发展为柔性结构振动主动控制提供了新的解决方法,其中模糊控制的应用有很多国内外学者进行研究。模糊控制将人类的经验融人到控制系统中,不需要被控对象精确的数学模型。这就为存在不确定性因素、难以建立精确数学模型的大型柔性结构对象进行振动主动控制提供了更为有效的理论方法。
近年来,模糊控制在柔性结构振动主动控制中取得了良好的效果【3。5J。在实际应用中,控制的实时性是控制器一个重要性能指标。模糊控制中模糊推理需要花费大量的计算时间,会导致系统控制的实时性能变差,为了克服实时计算量大的缺点,在实际应用中模糊控制通常采用的是查表法【6J。但普通查表法由于输入输出量的量化容易使控制产生振荡现象,并且消除稳态误差的性能比较差,难以达到较高的控制精度¨J。
Li
数,提高了模糊控制精度。本文以粘贴压电传感器/驱动器的柔性悬臂梁为实验对象,在普通模糊控制基础
上设计了Fuzzy—PI双模控制器,提高了模糊控制精度
和稳态性能,实现了悬臂梁振动快速振动控制。
l悬臂梁模型建立
粘贴压电片的悬臂梁如图1所示,悬臂梁尺寸为:
L。X既Xh。(长X宽X厚),沿梁长度方向(菇轴方向)
粘贴m对压电片驱动器和传感器,假设压电片与悬臂梁粘贴良好,压电片质量对梁振动的影响可忽略。在外界激励作用下,悬臂梁将产生横向振动,压电传感器将振动应变量信号转换为电荷信号,进而转换为电流信号,第歹片压电传感器生成的电流为¨0l:
衙/-
13一.
‘(t)=一f弓哼(z),a。tu,。dx(J=1,2,…,,孔)(1)
:~i
o嘎dL
式中,e:为压电片的压电常数,第_『片压电片的长度为
k,其左右两端距悬臂梁固定端的距离分别为石U、髫:f,
rl为压电片至梁中性层的距离,∞为梁振动挠度。
Pingkang等旧1通过算法调整模糊规则和论域范围,
图1悬臂梁模型结构
采用模糊查询表方式,取得了很好的实时控制效果。
Zhang
Zengke等一。采用对量化后的输入量引人加权系
当对压电驱动器施加控制电压为圪(￡)=[亿。(t)
基金项目:国家自然科学基金资助(项目编号:60404020和90505014);广
东省自然科学基金资助(05006499)
收稿日期:2008-01—25修改稿收到日期:2008—04-09第一作者魏井君男,硕士生,1984年生通讯作者邱志成男+,副教授。1973年生
…‰(t)]1‘时,第k片压电驱动器会产生对悬臂梁的
弯矩作用帆,梁的横向振动挠度为Y,则柔性悬臂梁横
向振动方程可表示为【11。:
町趔≠+pA。氆笋:掣(2)
振动与冲击2008年第27卷
其中E、P、A。和,分别是悬臂梁的弹性模量、密度、横截面积和横截面对Y轴的惯性矩。
利用模态分析方法,梁的横向振动挠度Y可以用
2振动控制器设计
由于在理论上挠性结构的模态展开为无穷阶,但系统的能量有限,主要集中在前几阶低阶模态上,所以在挠性结构的控制时,采用模态截断方法,将高阶振动模态截断,本文在挠性梁结构的振动控制时,仅考虑