压电智能结构振动主动控制关键技术研究
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图片说明:压电被动控制悬臂梁模型
[Abstract]:Piezoelectric materials have good piezoelectric and electromechanical coupling characteristics, and can have both sensing and driving functions in intelligent structures. The active vibration control system based on piezoelectric materials has strong flexibility and environmental adaptability, wide controllable frequency and fast response speed. It has been widely used in aerospace, machinery, transportation and other fields. At present, many achievements have been made in active vibration control of piezoelectric intelligent structures, but there are still many key problems to be solved. In this paper, the integration and optimization of piezoelectric devices and control law, the robust control algorithm considering external mass perturbation, the adaptive control algorithm of controller saturation suppression under nonlinear disturbance, the local strain compensation and vibration fault-tolerant control under the same position configuration are studied. The main work and innovative results of this paper are as follows: (1) based on Hamilton principle and modal transformation theory, the electromechanical coupling model of piezoelectric intelligent cantilever is established. Taking the multiple performance indexes of minimum storage energy and control energy and fastest vibration attenuation as objective functions, the optimal number, distribution position and velocity negative feedback control gain of piezoelectric films under different modal control are optimized by particle swarm optimization method. The influence of the length and quantity of piezoelectric wafer on the control effect is analyzed, and the feasibility of the method is verified by simulation. (2) based on Lyapunov method, a robust model reference (RMRC) method is designed, which is mainly composed of a stable state feedback controller and a robust compensation controller to ensure good tracking. The influence of three different compensation functions on the system is discussed, and it is pointed out that the buffeting phenomenon caused by sign function compensation can be effectively avoided by using tanh or erf function. The simulation and experimental results show that the method has good control effect and robustness under the condition of model parameters changing and external quality perturbation. (3) based on the traditional MCS algorithm and LQR algorithm, an improved MCS algorithm (LQR-IMCS) is designed based on Popov criterion, which is mainly composed of adaptive feedforward, feedback and compensation factors. The sinusoidal, pulse and random disturbance experiments show that this method can effectively suppress the saturation phenomenon of the adaptive controller and has a very good control effect on the multimodal vibration of the panel. (4) aiming at the two problems of local strain and damping ratio of PPF algorithm in the vibration configuration control of piezoelectric structures, the generation mechanism and influencing factors of local strain are analyzed by ANSYS. In this paper, a low-pass filter is proposed to filter the high frequency local strain mode, and the velocity negative feedback hybrid PPF algorithm is used to further improve the damping ratio of the system. The stability condition of the new method is given by Routh criterion. The vibration control experiment of panel shows that this method can effectively suppress the harmonic components in the control of single PPF algorithm, and the simultaneous control effect of two modes can reach more than 10 dB. (5) aiming at the reliability of flexible manipulator vibration control system, wavelet packet and RBF neural network are proposed to identify the fault of piezoelectric sensor, which is based on PPF-DVFB algorithm. A fault-tolerant control scheme for two typical fault types of piezoelectric devices is designed, and the experimental results show that it has a good fault-tolerant control effect.
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TB535
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,本文编号:2510500
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