SELF-CORRECTED PID VIBRATION CONTROL BASED ON DUAL-FREEDOM DUAL-DRIVE INTELLIGENT CANTILEVER BEAM 1)

随着科技不断进步,智能结构的振动控制在航天航空、机械制造、车辆与船舶等领域得到了广泛应用。由于多输入多输出存在多样性和复杂性,严重威胁系统稳定性。为了解决这一问题,针对两输入单输出的双驱动智能悬臂梁系统提出一种自适应控制策略,首先基于压电线性本构方程,应用假设模态方法建立双驱动智能悬臂梁的力学模型,得到了基于闭环控制系统的状态方程,同时利用递推最小二乘法在线辨识系统参数设计比例积分微分(proportional--integral--derivative, PID)控制器实现自校正PID控制。通过数值仿真对比在有无PID 控制下两输入单输出双驱动智能悬臂梁系统的振动情况,分析自校正PID 控制的控制效果。通过实验验证自校正PID 控制对双输入单输出的双驱动智能悬臂梁系统的控制效果;再设置两组不同的单输入单输出自校正PID控制实验作对比。结果表明：自校正PID 控制方法可以较为有效地抑制智能悬臂梁的自由振动,相比单输入单输出的两组,两输入单输出自校正PID控制的效果更为明显和有效。     

压电智能结构模糊自学习控制(FSLC)

将模糊逻辑与学习控制的基本思想相结合,根据控制系统的动态输出特性,采用模糊控制对学习控制律中的参数进行实时校正,实现系统的动态学习过程,提出了一种适用于压电智能结构振动控制的模糊自学控制方法FSLC（FuzzySelf-LearningContr01）。分别采用三维8节点实体单元（Solid45）和耦合单元模拟主结构和压电致动器／传感器,基于ANSYS参数化语言编写了压电智能结构振动控制分析的有限元程序。通过数值仿真证明了模糊自学习控制方法能有效控制压电结构的振动,并提高了自学习控制的收敛速度和获得了很好的控制效果。     

智能复合材料结构振动控制力学模型

介绍了在航空，航天等高技术在领域中柔性结构振动衰减控制９０年代初期新兴的智能复合材料结构技术及应用发展前景，对一个具有应用背景的双压电片复合材料层合板帆板结构的振动衰减控制系统人出了数学模型，导出了压电传感器／激振器的输出／输入方程，进行了最优控制算法数值仿真，结果表明，其控制效果是显著的。     

分布式驱动电动汽车主动悬架T–S模糊控制研究

分布式驱动电动汽车,由于簧下质量增大,导致车轮振动加剧,进而影响车辆平顺性及行驶安全性。为有效抑制分布式驱动电动汽车垂向振动恶化,设计了一种主动悬架T–S模糊控制器,构建了分布式驱动电动汽车1/4悬架动力学模型,基于Matlab/Simulink在B级随机路面及变路面工况下进行动力学仿真,考虑了控制器在车辆参数不确定时的自适应性,探究了T–S模糊控制器在车辆变参数条件下的控制效果,并与PID控制的主动悬架及传统的被动悬架进行比较,通过硬件在环实验验证了控制效果。结果表明,所提出的分布式驱动电动汽车主动悬架T–S模糊控制策略可有效提升车辆的平顺性指标,相对于PID控制及被动悬架,T–S模糊控制也具有更好的多工况自适应能力。     

卫星太阳能帆板振动抑制研究

太阳能帆板是给航天器提供能源的重要装置，以压电陶瓷为做动器的智能结构可以有效地抑制卫星太阳能帆板在太空中的振动。基于Hamilton变分原理，推导得到含多个压电陶瓷片的太阳能帆板模型的振动方程。制作了太阳能帆板振动主动控制实验系统，并对太阳能帆板模型进行振动主动控制实验。实验结果表明该控制系统可大幅度降低卫星太阳能帆板的振动，延长其使用寿命。     

星载并联平台自抗扰振动控制研究

在空间任务过程中为了减少振动对星载精密载荷的影响,需要在精密载荷和卫星本体的传递路径中加入隔振装置．本文旨在设计一种用于敏感载荷振动主动控制的六自由度并联平台．首先利用Newton-Euler法建立并联平台的动力学模型,然后基于自抗扰控制策略进行主动振动控制器的设计,接着对控制器的有效性进行数值仿真分析,并与PID (Proportion-Integration-Differentiation)控制算法作比较．结果表明,基于自抗扰控制策略的隔振系统能够有效抑制敏感载荷的振动,并且控制效果优于PID控制．此外当结构参数存在较大摄动范围时,该控制策略仍具有较强的鲁棒性．     

基于LQG最优控制法的压电智能结构独立模态空间控制

采用压电材料作为传感器和驱动器对智能结构振动主动控制进行研究,基于机电耦合的压电智能结构传感和驱动方程,将振动控制动力学方程变换到模态空间对方程进行解耦。通过计算结构最大应变,确定压电元件的最佳粘贴位置。考虑到系统过程噪声和量测噪声的影响,设计Kalman滤波器,采用基于线性二次型高斯(LQG)最优控制的独立模态空间控制方法对压电智能结构的振动进行控制。最后以压电智能悬臂梁为例进行控制仿真,验证了此方法的有效性。     

点式压电智能结构的模型修正与振动主动控制

提出了在点式压电智能结构中应用摄动有限元方法对结构的有限元模型进行修正 ,从而达到提高建模精度 ,改善实际结构振动主动控制效果的目的。通过对一悬臂梁在模型修正前后进行振动主动控制的不同的控制效果验证了该方法的有效性     

一种悬臂梁模态测试方法

基于欧拉–伯努利梁理论得到悬臂梁自由振动的振型函数。通过数值计算得出实验用的悬臂梁前五阶振型的节点位置及其与梁长的比值。考虑传感器对悬臂梁固有频率的影响,建立梁–传感器模型进行仿真分析并得出悬臂梁前五阶固有频率。基于节点位置和测点位置,在实验中选择激励点。将具体实验的结果与梁–传感器仿真模型结果进行对比,通过前五阶固有频率的误差分析,发现仿真分析结果与实验结果误差最高为1.3%。研究完整地叙述了悬臂梁的模态测试流程,可为工程技术人员的模态测试起一定的指导作用。     

振动压路机的滑膜控制研究

振动压实中的跳振现象在压实过程中时有发生,跳振现象将造成路基压实质量难以保证,也会对振动压路机操作人员的身心健康产生不利影响。因此,本文从控制“振动压路机-土”系统动力学模型的减振系统阻尼力的角度进行分析,通过研究模糊PID控制和滑模控制对振动控制产生的影响,得到相较于模糊比例积分微分（proportional integral differential,PID）控制,滑模控制可消除系统抖振的影响,更有利于保证路基压实过程中的振动控制,为振动压实的施工作业提供理论支持。     

模糊-线性双模控制在平台稳定回路中的应用

为了克服单闭环系统平台稳定回路在抗干扰性能方面的欠缺,引入速度反馈的双闭环控制。在此基础上,通过多种模糊控制方法的仿真、分析、比较,采用模糊-线性双模控制方案对系统进行校正,模糊-线性双模控制的速度环以及位置环的线性控制器结构都与线性双闭环控制的相同,位置环的模糊控制器为修正因子自调整无量化模糊控制器,利用输出强度系数实现两种控制的平滑过渡,克服了常规模糊-线性双模控制器的切换点选择困难,在误差较大时,模糊控制器起主要作用,以提高系统的动态特性;误差较小时,PID控制器起主要作用,使线性控制和模糊控制的输出实现了平滑过渡,使系统在速度、精度尤其抗干扰能力方面均有良好的效果。     

惯性平台稳定回路单神经元自校正PID控制

为了与新型高精度惯性平台相匹配,解决传统PID控制的稳定回路抗干扰性能不高的问题,利用神经网络具有自学习、自组织、联想记忆和并行处理等功能以及对于复杂系统控制可以达到满意效果的优势,设计了单神经元自校正PID控制器。这种控制器不但结构简单,而且适应环境变化,有较强的鲁棒性。设计中分别采用了无监督和有监督的Hebb学习算法以及改进的Hebb学习算法对系统进行控制。MATLAB仿真结果表明,单神经元自校正PID控制器在很多指标上均优于传统PID控制器,特别是其超调量,动态性能以及对干扰的抑制能力,是一种应用在实际平台系统中理想的控制器。     

基于自适应神经元的结构振动智能PID控制

首先提出基于自适应神经元的振动智能ＰＩＤ控制策略及相应高效算法，然后通过数字仿真与模型实验验证了这种算法的有效性。这种方法具有控制器参数少、结构简单、算法收敛速度快、便于实时控制等优点。与传统ＰＩＤ控制相比，控制器参数整定可通过神经网络的自组织来实现。数字仿真与实验结果表明这种方法能够有效地控制动态特性未知、所受干扰不可测的黑箱振动系统的任意振动     

振动主动控制系统降级工作模式研究

振动主动控制系统是通过获取振动传感器信号、驱动作动器施加作动力以降低平台振动水平的机电综合系统。对于振动环境恶劣的装备平台,振动主动控制系统工作的稳定性直接影响平台使用体验。当系统内硬件数量较多时,系统对部件可靠度敏感度较高。为了提高系统功能可靠性,保证装备平台安全,在不改变硬件的前提下,本研究从优化控制策略出发,提出了两种系统降级模式,并对其进行可靠性分析;在降级模式的基础上,基于切换系统方法,针对硬件故障数量的不同设计不同等级的降级模式;针对不同降级模式下系统控制参数,对作动器进行最优组合设计,得到在不同降级模式下系统减振控制的最优高维度模型矩阵;最后在实验室内,基于振动主动控制系统实验环境,针对作动单元降级模式进行了实验验证,通过模拟部件故障状态,验证系统降级工作策略与控制模型优选设计的正确性,提高了系统功能可靠性。     

智能桁架结构最速自抗扰振动控制研究

研究新型实用的非线性自抗扰控制技术,在大型空间智能桁架结构主动振动控制中的应用.自抗扰控制技术的主要特性是采用扩张状态观测器对系统建模、未建模动态和外扰进行实时估计,并在控制信号中补偿掉,实现非线性不确定对象的动态补偿线性化.首先,基于动态补偿线性化的思想,对多变量耦合的非线性智能桁架结构的数学模型进行解耦;然后,采用扩张状态观测器和离散最速控制综合函数提出了一种新颖的最速自抗扰振动控制器.最后,对空间102杆压电智能桁架结构进行了最速自抗扰振动控制仿真研究.结果表明:本文提出的最速自抗扰振动控制器较好地解决了振动控制的准确性和快速性之间的矛盾,可有效地用于大型空间智能桁架结构的主动振动控制.     

基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动控制研究

为了降低单层平面DE作动器的控制电压,提出了一种层叠式平面DE作动器,并开展了基于层叠式平面DE作动器的柔性薄壁结构振动主动控制研究。结合介电弹性体(DE)材料的力电耦合模型,基于哈密顿变分原理,建立了含层叠式平面DE作动器的柔性悬臂梁系统振动控制微分方程。基于比例反馈控制策略,利用不同层数的层叠式平面DE作动器对悬臂梁系统进行了振动主动控制的仿真研究。结果表明,层叠式平面DE作动器对柔性薄壁结构具有良好的振动控制效果,同时相比于单层平面DE作动器,控制所需电压可以降低30%以上,从而为DE作动器的低电压驱动应用提供了一条可行的技术途径。     

激光激励微型硅悬臂梁的振动特性研究

本文用光学探测方法研究了半导体硅悬臂梁的振动问题;运用基于外差干涉原理的实验装置得到了悬臂梁在激光激励下的振动响应（振动振幅和相位随调制激光频率的变化）;采用等离子波和热弹性波的数学模型,对悬臂梁的振动进行了理论分析;可看到实验与理论模拟结果吻合很好,同时通过分析可得振动相位与调制激光频率的平方根之间有线性关系。关键词词: 光学探测, 硅悬臂梁,振动.      

基于反激变压器的压电振动能量双向操控技术

压电材料因其具有良好的机电耦合特性, 在振动能量俘获和结构振动控制领域有着良好的应用前景. 基于同步开关和电感的压电元件接口控制电路, 可以通过振荡电路工作原理调节压电元件的电压幅值和相位, 优化压电振动系统的机电能量转化. 优化型同步电荷提取技术即基于上述接口控制电路实现了压电振动能到电能的高效转换. 本文提出了一种衍生于优化型同步电荷提取电路的压电阻尼半主动控制电路, 借鉴反激变压器的原、副边能量转换特性, 实现了压电振动控制系统从电能到机械能的能量操控, 进而达到结构振动抑制的效果. 至此, 结合了压电电荷能提取与压电阻尼半主动控制技术的新电路, 以反激变压器为核心实现了压电振动能量的双向操纵. 论文首先介绍了相应的控制电路及工作原理, 推导了新型同步开关阻尼技术下的结构的振动阻尼比模型, 搭建了压电悬臂梁振动控制实验平台, 最终通过实验验证了理论模型, 并使用更简单的控制方法解决了振动控制系统的稳定性问题.      

附磁压电悬臂梁流致振动俘能特性分析

流致振动蕴含巨大的能量, 本文基于流致振动理论,设计了一种附加磁力激励的压电悬臂梁流致振动俘能器,并通过理论和实验研究其振动俘能特性.该俘能器由压电悬臂梁、圆柱绕流体和磁铁组成;首先基于Euler-Bernoulli梁理论,推导了流致振动附磁压电俘能器的能量函数,利用Hamilton原理建立了流致振动附磁压电俘能器的机电耦合方程;利用数值方法研究详细分析了流速、圆柱绕流体直径和长度、磁间距、磁极和外接电阻等系统参数对压电俘能器振动特性和输出电压的影响.分析结果表明, 该型压电俘能器的振动幅值在低流速条件下产生涡激振动,并产生最大的输出电压;磁力可以降低压电俘能器的共振频率并能够拓宽压电俘能器频带带宽,因此,附磁压电俘能器具有相比没有附磁的压电俘能器更适用于低速层流环境;实验结果与数值结果吻合较好,验证了附磁压电悬臂梁流致振动俘能器的理论分析的正确性.      

一种辩识多输入多输出振动系统参数的方法

本文讨论的是多输入、多输出串联振动系统传递函数的辩识问题.本文表明:从系统结构来看,多输入、多输出串联振动系统可以化成为多重交叉闭环系统.本文将这类振动系统的传递函数分解成多个二阶子系统.从系统辩识的角度出发,提出了一种通过辩识子系统传递函数,实现对整个系统传递函数辩识的新方法.仿真结果及模型实验结果表明:这种方法是可行的,且具有较高的精度.