柔性梁受迫振动时滞变结构控制的试验研究

时滞反馈控制是一种利用时滞进行系统控制的策略,目前对该控制策略的研究多是在理论上进行探讨,少有试验研究报道. 以受简谐激励的柔性悬臂梁为对象,开展时滞反馈控制的试验研究,给出了一个多时滞控制律的设计方法. 首先给出悬臂梁系统含有时滞项的控制模态状态方程; 然后对方程进行离散化和一种特殊的状态变量增广,得到形式上不含有时滞项的标准差分方程; 最后使用离散变结构控制的方法设计控制律. 试验中采用压电片作为作动器和外界激励,应变片作为传感器,分别考虑单时滞和双时滞的情况,通过试验验证了时滞反馈控制的可行性和有效性.关键词:柔性悬臂梁;变结构控制;时滞;实验      

压电梁的主动消振实验研究

推导了压电梁的输入输出关系,建立了压电梁的传递函数模型,并进行了基于对消思想的主动振动控制实验,取得了理想的控制效果,表明了建模和控制方法的正确性与有效性.     

带有末端集中质量的双连杆柔性机械臂主动控制

对带有末端集中质量的双连杆柔性机械臂的主动控制进行了研究,给出系统的动力学方程,采用非线性解耦反馈控制方法分别得出系统大范围运动方程和柔性臂的动力学方程,采用机械臂逆动力学方法和LQR方法分别设计大范围运动控制律和压电作动器控制律.仿真结果显示,本文控制方法能够有效地进行机械臂的轨迹跟踪,柔性臂的弹性振动可以得到有效抑制.     

运动柔性梁非线性振动主动控制的建模与分析

采用运动参考系方法,根据Ｊｏｕｒｄａｉｎ动力学普遍方程,导出了具有给定空间运动的弹性结构的有限元方程,进而得到其闭环振动控制方程,采用分段线性化的思想,由线性二次优化理论导出了有闭环反馈控制的以分段压电片作为执行器的运动柔性杆梁结构非线性振动的主动控制的分析方法,两个算例验证了所提方法的有效性。     

运动柔性梁振动主动控制的有限段法分析

基于柔性梁的多刚性－弹簧系统模型，采用分段线性化的思想，由线性二次优化理论导出了有闭环反馈控制的以分段压电片为执行器的平面运动柔性杆梁结构非线性振动的主动控制的分析方法。两个算例验证了所提方法的有效性。     

存在时滞的柔性梁的振动主动控制

本文对控制存在时滞的柔性梁的振动主动控制进行研究.主动控制策略采用独立模态空间控制,模态控制律采用离散变结构控制进行设计.给出了从实际测量中提取模态坐标和将模态控制力转换成实际控制力的方法,以及离散切换面和离散变结构模态控制律的确定方法.由于模态控制律直接通过时滞微分方程而得出,因此所给控制方法易于保证控制系统的稳定性.算例结果显示,文中所述控制方法能够有效地对梁的振动进行控制;若按无时滞时的控制设计对时滞系统进行控制,系统响应有可能出现发散.     

压电阻尼主动控制中局部应变的电路补偿及其参数识别

论文［１］提出了在压电阻尼主动控制中用压电基片来补偿局部激励拉压应变增进阻尼控制的方法。本文则进一步提出用简单的电路来等效替代压电基片及相应的电路参数识别算法，从而使补偿变得更为简便。实验证明了两者的补偿效果相同。     

旋转运动柔性梁的假设模态方法研究

采用假设模态法对旋转运动柔性梁的动力特性进行研究，给出简化的控制模型. 首先采用Hamilton原理和假设模态离散化方法，在计入柔性梁由于横向变形而引起的轴向变形的二阶耦合量的条件下，推导出基于柔性梁变形位移场一阶完备的一次近似耦合模型，然后对该模型进行简化，忽略柔性梁纵向变形的影响，给出一次近似简化模型，最后将采用假设模态离散化方法的结果与采用有限元离散化方法的结果进行了对比研究. 研究中考虑了两种情况：非惯性系下的动力特性研究和系统大范围运动为未知的动力特性研究. 研究结果显示，当系统大范围运动为高速时，在假设模态离散化方法中应增加模态数目，较少的模态数目将导致较大误差. 一次近似简化模型能够较好地反映出系统的动力学行为，可用于主动控制设计的研究.     

柔性机械臂振动抑制的混合控制

提出柔性机械臂末端振动主动控制的一个混合方法。该方法由整形技术(Inptlt shaping Technique-IST)和压电作动器(PZT)的联合作用对机械臂的振动进行控制。IST作为前馈控制技术通过一个序列脉冲和输入扭矩的卷积来抑制机械臂的残留振动。然而，当IST的脉冲作用时间位置不够准确时，将降低机械臂的定位性能。为了提高柔性机械臂的定位精度，对于因脉冲不精确或建模不准所引起的残留振动，由PZT、进行抑制。作用在PZT上的控制电压由线性二次最优调节器(LQR)确定。动态仿真显示，提出的方法不仅对机械臂的振动抑制具有鲁棒性，而且使得PZT、上的控制电压比单独使用PZT进行振动抑制时降低了50％以上，这是非常有利的。     

压电复合材料层合梁非线性模糊滤波振动控制

在振动主动前馈控制中通常采用的自适应滤波-XLMS算法只限定于线性主动控制问题.由于在振动主动控制中各种非线性因素的存在,使得非线性控制方法成为必需.本文利用模糊逻辑系统能够逼近任何非线性系统的特性,提出了一种非线性模糊滤波振动控制方法,解决了由于传感通道的非线性使得参考信号与外扰间呈非线性函数关系的主动控制问题.针对具有压电作动器的复合材料层合梁进行了振动主动控制的数值仿真计算,结果表明该非线性模糊自适应控制方法优于线性滤波-XLMS方法.     

主动控制压电旋转悬臂梁的参数振动稳定性分析

在工程实际中旋转机械由于制造和加工误差,装配的不均匀性等原因,往往会脉动运行,这将使得机械系统发生参数振动. 当脉动参数满足一定关系时,这种参数振动将会失稳,进而影响机械结构的正常运转. 本文针对这一问题,引入压电材料对 脉动旋转悬臂梁系统的振动进行控制,研究主动控制悬臂梁系统的参数振动优化设计问题,采用 Hamilton 变分原理与一阶 Galerkin 离散相结合的方法,建立了受速度反馈传感器主动控制的压电旋转悬臂梁的一阶近似线性控制方程. 运用多尺度方法,得到了压电旋转悬臂梁系统在发生1/2亚谐波参数共振时稳定性边界的控制方程,并利用直接分析方法验证了解析摄动解的正确性. 将摄动解中临界阻尼比和轮毂角速度脉动幅值的无量纲参数作为评价系统稳定性能的指标. 通过数值算例,分析了轮毂半径、轮毂角速度平均值和脉动幅值、梁长以及速度传感器的反馈增益系数对系统稳定性区域的影响. 研究结果表明,梁长、轮毂半径、脉动幅值会降低系统稳定性,反馈增益系数可以提高系统稳定性,而轮毂角速度平均值与系统稳定性之间有非单调的关系. 为进一步设计压电旋转机械结构提供了理论依据.      

ACTIVE CONTROL OF A FLEXIBLE CANTILEVER PLATE WITH MULTIPLE TIME DELAYS

Active control of a flexible cantilever plate with multiple time delays is investigated using the discrete optimal control method. A controller with multiple time delays is presented. In this controller, time delay effect is incorporated in the mathematical model of the dynamic system throughout the control design and no approximations and assumptions are made in the controller derivation, so the system stability is easily guaranteed. Furthermore, this controller is available for both small time delays and large time delays. The feasibility and efficiency of the proposed controller are verified through numerical simulations in the end of this paper.     

弹性连接旋转柔性梁动力学分析

采用Chebyshev 谱方法对考虑根部连接弹性的平面内旋转柔性梁动力学特性进行研究. 基于Gauss-Lobatto 节点与Chebyshev 多项式方法对柔性梁变形场进行离散,通过投影矩阵法施加固定及弹性连接边界条件. 利用Chebyshev 谱方法获得了系统固有频率和模态振型数值解,通过与有限元方法及加权残余法的比较,验证了方法的有效性. 分析了弹性连接刚度、角速度比率、系统径长比及梁的长细比等参数对系统固有频率及模态振型的影响. 研究发现:由于系统弯曲模态、拉伸模态的频率随各参数的变化规律不一致,将出现频率转向与振型转换现象;随着弹性连接刚度、角速度比率及系统径长比的增大,低阶弯曲模态频率增大并超过高阶拉伸模态频率,随着梁的长细比的增大,低阶拉伸模态频率增大并超过高阶弯曲模态频率.      

压电自感知悬臂梁振动的主动控制研究

利用压电片的正逆压电效应,提出了一种基于分时结构的自感知作动器,将压电片作为传感器和作动器的功能在时间上进行分离,以实现用同一压电片在作动与传感之间的功能切换,并探讨了其用于主动控制的可行性.对一悬臂梁的振动主动控制研究表明该自感知作动器在实际上是可行的.     

压电结构的主动控制仿真与实验研究

结合有限元方法研究了直接负速度反馈和基于LQR(二次线性最优控制)的独立模态空间主动控制方法来控制结构的振动, 采用一种新的仿真方法：PATRAN与MATLAB联合仿真,对这两种方法进行主动控制数值仿真. 用MATLAB的xPC实时控制,进行了主动板的振动控制实验,验证了采用上述控制仿真方法的正确性. 各种结果表明用压电结构进行振动主动控制效果明显.     

DYNAMIC MODELING AND ACTIVE CONTROL OF FLEXIBLE PLATE BASED ON THE INPUT-OUTPUT DATA

This paper studies the low-order dynamic modeling and active control of a flexible plate and provides experimental verification. First based on the input-output data of the system, the Markov parameters of the system are identified using the method of observer/Kalman filter identification (OKID). Then a low-order state-space model is built using the eigensystem realization algorithm (ERA). Finally, a linear quadratic Gaussian (LQG) controller is designed based on the low-order state-space model. Experimental results have proved the effectiveness and feasibility of the research.     

VIBRATION SUPPRESSION OF A FLEXIBLE PIEZOELECTRIC BEAM USING BP NEURAL NETWORK CONTROLLER

This paper aims at modeling and developing vibration control methods for a flexible piezoelectric beam. A collocated sensor/actuator placement is used. Finite element analysis (FEA) method is adopted to derive the dynamics model of the system. A back propagation neural network (BPNN) based proportional-derivative (PD) algorithm is applied to suppress the vibration. Simulation and experiments are conducted using the FEA model and BPNN-PD control law. Experimental results show good agreement with the simulation results using finite element modeling and the neural network control algorithm.     

MODEL REDUCTION AND ACTIVE CONTROL FOR A FLEXIBLE PLATE

The internal balance technique is effective for model reduction in flexible structures, especially those with dense frequencies. However, due to the difficulty in extracting the internal balance modal coordinates from the physical sensor readings, research so far on this topic has been mostly theoretic and little on experiment or engineering applications. This paper, by working on a DSP TMS320F2812-based experiment system with a flexible plate and bringing forward an approximating approach to accessing the ...