基于模糊PID控制的悬臂梁振动控制研究

发布时间：2017-08-20 15:10

  本文关键词：基于模糊PID控制的悬臂梁振动控制研究

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【摘要】：随着航天航空领域的快速发展,智能结构的使用也在逐年增加,尤其在飞行器机翼的设计上,结构朝着轻量化和智能化的方向发展。智能结构由于自身阻尼较小,当受到外界的干扰时,容易产生共振,严重影响飞行的安全。本文针对智能结构的振动问题进行了研究。本文以悬臂梁作为研究模型,以压电材料作为梁的传感器和致动器。首先,建立了悬臂梁的模型,通过有限元建模的方法分析了悬臂梁固有频率和模态振型,依据分析所得的数据,建立研究模型的数学函数。针对悬臂梁振动的规律和特性,分别学习了PID控制和模糊控制的基本理论,在这两种控制方法的基础之上,结合了PID控制器和模糊控制器两者的优点,设计了模糊PID控制器来抑制悬臂梁的振动。并对此控制方法在MATLAB软件环境下进行了数值仿真,验证了控制器的可行性。其次,在数值仿真的基础上,搭建了基于Lab VIEW的悬臂梁振动系统控制实验平台,实验平台由功率放大器、信号发生器、激振器、电荷放大器、数据采集卡等硬件设备构成,实现了振动信号数据的采集、传输、转换以及处理等功能,并通过模糊PID控制器抑制悬臂梁的振动。实验结果表明:模糊PID控制器能够有效的抑制悬臂梁的振动,与PID控制器和模糊控制器相比,模糊PID控制器响应速度快,抑制振动效果好。
【关键词】：悬臂梁 有限元建模 模糊PID控制器 Lab VIEW软件平台
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V224;TB535
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景12
• 1.2 智能结构12-13
• 1.3 智能控制的发展13-14
• 1.4 振动控制的方法14-16
• 1.4.1 常用控制方法14-15
• 1.4.2 智能控制方法15-16
• 1.4.3 PID控制16
• 1.5 本文的工作安排16-18
• 第2章 压电材料和梁的振动特性18-29
• 2.1 压电材料18-19
• 2.1.1 压电材料的发展18
• 2.1.2 压电材料的性质18-19
• 2.2 悬臂梁实验模型19-24
• 2.2.1 悬臂梁的建模19-22
• 2.2.2 压电片粘贴位置22-24
• 2.2.3 悬臂梁振动系统的组成24
• 2.3 实物实验硬件组成24-28
• 2.3.1 激振模块25-26
• 2.3.2 采集执行模块26-27
• 2.3.3 数据处理模块27-28
• 2.4 本章小结28-29
• 第3章 PID控制和模糊控制29-36
• 3.1 系统的无控响应29-30
• 3.2 PID控制30-31
• 3.2.1 PID控制原理30
• 3.2.2 PID控制的仿真30-31
• 3.3 模糊控制31-35
• 3.3.1 模糊控制的基本理论31-33
• 3.3.2 模糊控制器的设计33-34
• 3.3.3 模糊控制的仿真34-35
• 3.4 本章小结35-36
• 第4章 控制器的设计与仿真36-47
• 4.1 PID控制器和模糊控制器的结合36
• 4.2 模糊PID控制器的设计与仿真36-45
• 4.2.1 控制器的设计36-44
• 4.2.2 模糊PID控制的仿真44-45
• 4.3 本章小结45-47
• 第5章 悬臂梁振动系统的实验研究47-56
• 5.1 实验系统概述47-48
• 5.2 实验的组成48-50
• 5.2.1 实验控制部分概述48
• 5.2.2 信号的传输与转换48-49
• 5.2.3 控制器49-50
• 5.3 系统的实验研究50-55
• 5.3.1 系统的实验过程50-53
• 5.3.2 系统的实验结果及分析53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

【参考文献】

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本文编号：707321