旋转运动柔性梁的时滞主动控制实验研究

对旋转运动柔性梁的时滞主动控制进行实验研究,验证时滞反馈控制的有效性. 实验中采用交流伺服电机带动柔性梁旋转运动,柔性梁上粘贴有压电作动器,用于控制梁的弹性振动. 实验研究考虑如下3种情况:(1)仅使用电机扭矩进行控制,电机扭矩存在时滞;(2)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,仅压电作动器存在时滞;(3)使用电机扭矩和压电作动器同时控制,电机和压电作动器存在不同的时滞量. 重点通过实验验证时滞反馈控制的可行性和有效性.      

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.     

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。     

柔性结构作动器／传感器优化配置研究

从有效衰减振动能量的角度出发,在对位配置作动器／传感器的情况下,通过最小化系统总储能积分,对柔性结构振动主动控制中的作动器／传感器位置及反馈增益进行了优化。在优化方法上,作者提出了一种快速收敛的遗传算法,即“适应度缩放” 加引入“有偏外来移民”的遗传算法。实验结果表明了该方法的有效性和控制系统的良好减振效果。     

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.     

时滞对柔性悬臂梁饱和控制的影响

时滞现象广泛地存在于结构振动的反馈控制过程中.考察在以前的研究中所忽略的时滞,对于柔性悬臂梁振动的饱和控制究竟可以产生什么影响.考虑了在反馈信号和控制信号中存在的时滞,研究了主共振和2∶1内共振同时发生的情形,利用多尺度方法求解了时滞微分方程,获得了包含时滞项的近似解析解,了解到时滞对于饱和控制的影响.理论和数值的结果均表明:时滞能够改变饱和控制器开始工作的门限值,如果考虑时滞现象,饱和控制器的有效频率范围将会改变.在某些情况下,可以通过加入时滞并适当地调节时滞参数的大小,来扩大饱和控制器的有效工作范围;在另外一些情况下,则要对所忽略的时滞量的大小有所估计并加以考虑,否则原来的控制策略就有可能失效.     

柔性机械臂运动轨迹变结构双模控制

本文针对柔性机械臂运动轨迹的控制问题，采用假设模态法，利用Ｋａｎｅ春动力学模型，采用变结构控制理论跟踪关节转角的运动轨迹，当关切转角到达其终点的领域时，利用线性稳态器来控制末端点的弹性振动。提出了一种弯以模控制算法，并将其应用于单杆柔性机械臂的控制中，文中最后给出仿真研究结果，验证了该算法的有效性。     

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.     

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.     

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.     

Stabilization of the Parametric Resonance of a Cantilever Beam by Bifurcation Control with a Piezoelectric Actuator

In this work, bifurcation control using a piezoelectric actuator isimplemented to stabilize the parametric resonance induced in acantilever beam. The piezoelectric actuator is attached to the surfaceof the beam to produce a bending moment in the beam. The dimensionlessequation of motion for the beam with the piezoelectric actuator on itssurface is derived and the modulation equations for the complexamplitude of an approximate solution are obtained using the method ofmultiple scales. We then acquire the bifurcation set that expresses theboundary of the stable and unstable regions. The bifurcation set ischaracterized by the modulation equations. Next, we determine the orderof feedback gains to modify these modulation equations. By actuating thepiezoelectric actuator under the appropriate feedback, bifurcationcontrol is carried out resulting in the shift of the bifurcation set andthe expansion of the stable region. The main characteristic of thestabilization method introduced above is that the work done by thepiezoelectric actuator is zero in the state where the parametricresonance is stabilized. Thus zero power control is realized in such astate. Experimental results show the validity of the proposedstabilization method for the parametric resonance induced in thecantilever beam.     

非线性压电效应下压电弯曲执行器的弯曲

研究压电弯曲执行器在强电场作用下的非线性弯曲行为。考虑电致伸缩和电致弹性的非线性压电效应,导出了压电悬臂执行器自由端挠度或激励力和作用电场之间的非线性关系。结果表明,考虑非线性压电效应在很大的电场范围内都与实验结果吻合得很好,而线性压电效应只适合于低电场的情况。     

非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制

采用变结构控制方法对非惯性系下柔性悬臂梁的振动主动控制进行研究．重点通过算例揭示一次近似模型与传统的零次近似模型的巨大差异，以及变结构方法在控制非惯性系下柔性悬臂梁的稳态振动的有效性．结果表明，当大范围旋转运动角速度较大时，传统零次近似模型不能对动力系统进行正确的数学描述；变结构控制方法能够使得非惯性系下梁的稳态振动得到完全镇定，且该方法对转动角速度变化具有较好的鲁棒性；采用零次近似模型进行控制设计的控制效果将在某一临界角速度条件下出现失效，该临界角速度值大于静止悬臂梁的基频．     

非线性压电效应下压电弯曲执行器的动力分析

研究压电弯曲执行器在强电场作用下的非线性动力行为. 考虑电致伸缩和电致弹性的非线性压电效应,导出了压电悬臂执行器变刚度的弯曲振动控制方程. 利用非定常振动的渐近理论,讨论了弯曲压电执行器的动力特征. 根据目前的非线性模型可以计算压电悬臂执行器的固有共振频率与电场的变化关系. 结果表明压电执行器端头挠度谐振幅度随作用电场振幅的增大而增大,以及力学品质因数随电场振幅的增大而减少,并且与实验结果非常吻合.通过数值比较得到在电场频率随时间变化非常缓慢的情况下非定常振动问题可以近似地用定常振动来处理.     

压电智能环形板的主动控制

对在不同位置粘有任意多组压电传感器和压电执行器的轴对称弹性环形薄板的振动控制进行了研究．根据压电执行元件的等效作用量得到了压电智能环板的振动控制方程和传感方程,再利用分离变量法以及由传感器测得的电量和作用在执行器上电压之间的控制模式得到振动方程的全解．实行了对整体结构的主动控制．对不同的压电片布置进行了数值计算．结果表明：当离散分布压电元件布置越密,振动衰减的效果越佳     

柔性板的时滞H∞控制的理论与实验研究

以柔性板为对象, 开展时滞H∞控制的理论与实验研究. 首先给出柔性板的时滞动力学方程; 然后利用Lyapunov-Krasovskii泛函和自由权矩阵法, 推导了闭环时滞系统渐近稳定的矩阵不等式;进而根据该矩阵不等式采用参数调节法及遗传算法, 研究了如下两类控制设计问题: 已知控制律求解最大稳定时滞量, 已知最大稳定时滞量求解H∞控制律; 最后对理论研究成果进行了数值仿真和实验验证. 结果显示, 获得的H∞控制律能够有效地抑制板的弹性振动, 所确定出的保证系统稳定性的时滞区间更接近实际情况.