基于压电纤维复合材料的悬臂梁扭转控制研究

发布时间：2017-11-21 08:20

  本文关键词：基于压电纤维复合材料的悬臂梁扭转控制研究

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【摘要】：当前,民用和军事领域都对飞行器提出了更高的要求,要求飞行器能够在变化很大的飞行环境(高度、马赫数等)和执行多种任务(起降、盘旋、机动、攻击等)时始终保持良好的性能。为此,需要采用变体飞行器技术——利用智能材料或驱动器,根据飞行环境和飞行任务的变化,相应地改变飞行器的外形,使飞行器始终保持最优飞行状态。而机翼的扭转变形是变体飞行器的主要变形方式,对机翼的扭转控制是研制变体飞行器必须解决的难题之一。本文正是基于这一背景,以机翼的缩比模型——悬臂梁为被控对象,采用压电纤维复合材料MFC作为驱动器,研究悬臂梁的扭转控制问题。本文被控对象柔性悬臂梁的主体为树脂基玻璃纤维的梁肋和蒙皮,扭转变形的驱动器为45°极化的压电纤维复合材料MFC。此类压电悬臂梁系统具有迟滞非线性和蠕变非线性特性,同时存在残余振荡问题以及由于机电耦合和多体建模引起的模型未知问题。上述因素增加了压电悬臂梁的建模和扭转控制的难度。针对压电悬臂梁系统的特性,本文提出了建模及扭转控制的解决方案及实现技术。首先对迟滞非线性特性建立了改进的PI模型,通过逆补偿的方式实现了静态线性化；避开机理建模的难题,在阶跃测试的基础上使用Prony算法辨识出系统的传递函数；直接利用Prony辨识的参数,设计出多模态输入整形器,抑制由指令信号引起的振动；针对蠕变特性、外界干扰等因素的影响,设计了闭环控制器,将基于改进的PI模型的逆补偿控制、多模态输入整形器、PID控制器和模糊控制器有机地结合,设计了Fuzzy-PID-IS控制器用于压电悬臂梁扭转定位控制。基于辨识出的传递函数,在Matlab/Simulink仿真平台下进行了数值仿真实验,对多模态输入整形器、PID控制器、PID-IS控制器和Fuzzy-PID-IS控制器分别进行了仿真,并进行了性能分析。设计了基于LabVIEW软件开发平台的压电悬臂梁扭转控制的实验系统,并将控制算法应用于硬件控制。实验结果表明,逆补偿控制能将静态正弦跟踪误差控制在14%以下,多模态输入整形器能有效抑制指令信号激发的振动,Fuzzy-PID-IS控制器在响应速度、稳态误差和抑制干扰等方面有很好的控制效果。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V224;V258

【参考文献】

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本文编号：1210282