壓電懸臂梁變形控制研究.pdf

1、民用和軍用航空均期望未來(lái)的飛行器能夠在變化的飛行環(huán)境中完成各種飛行任務(wù)，“變體飛行器”也由此產(chǎn)生。改變飛行器機(jī)翼的翼型彎度可以防止翼尖失速效應(yīng)，改變展向升力分布，對(duì)提高飛行器飛行性能具有非常重要的意義。在執(zhí)行飛行任務(wù)過(guò)程中，機(jī)翼的精確變形是變形翼技術(shù)能夠應(yīng)用于實(shí)際的關(guān)鍵所在，因此研究機(jī)翼的變形控制問(wèn)題具有重要的工程價(jià)值。基于此，本文將機(jī)翼模型簡(jiǎn)化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，并對(duì)其變形控制方法展開(kāi)深入研究。
　　本文對(duì)壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動(dòng)的懸臂梁

2、結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。該系統(tǒng)具有遲滯特性、蠕變特性和振動(dòng)特性，這些非線性特性不僅使得系統(tǒng)建模困難，而且嚴(yán)重影響系統(tǒng)控制精度。在分析系統(tǒng)特性的基礎(chǔ)上，分別從開(kāi)環(huán)控制和閉環(huán)控制的角度，進(jìn)行系統(tǒng)建模和控制器設(shè)計(jì)。在開(kāi)環(huán)控制中，運(yùn)用Modified Prandtl–Ishlinskii（MPI）模型建立遲滯模型并進(jìn)行遲滯逆補(bǔ)償，通過(guò)對(duì)數(shù)模型進(jìn)行蠕變建模和補(bǔ)償控制，并采用輸入整形技術(shù)抑制系統(tǒng)振動(dòng)。針對(duì)開(kāi)環(huán)控制不能實(shí)現(xiàn)干擾抑制問(wèn)題，本文基于ARX模型辨識(shí)

3、出懸臂梁系統(tǒng)近似動(dòng)態(tài)模型，并運(yùn) H∞魯棒控制理論設(shè)計(jì)閉環(huán)控制器。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速跟蹤，基于前饋-反饋控制理論為壓電懸臂梁系統(tǒng)設(shè)計(jì)了二自由度魯棒控制器，并提出了一種分時(shí)控制方法以實(shí)現(xiàn)對(duì)雙輸入單輸出壓電懸臂梁的準(zhǔn)確變形控制。為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)控制器的有效性和控制效果，運(yùn)用MATLAB軟件進(jìn)行了大量的數(shù)值仿真分析；搭建了壓電懸臂梁控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并采用LabVIEW軟件編寫相關(guān)的控制算法實(shí)驗(yàn)程序，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的控制器的實(shí)際控制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明：開(kāi)環(huán)全補(bǔ)償控制取得了較好的控制效果，控制誤差在6%以內(nèi)，但是開(kāi)環(huán)控制并不能抑制外界干擾；設(shè)計(jì)的單自由度魯棒控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)階躍信號(hào)的快速響應(yīng)，調(diào)節(jié)時(shí)間為0.8s，超調(diào)量為3%，穩(wěn)態(tài)誤差在5%以內(nèi)，系統(tǒng)受到干擾時(shí)能在0.5s內(nèi)恢復(fù)穩(wěn)定，并且控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器；設(shè)計(jì)的二自由度魯棒控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速跟蹤，且跟蹤誤差在8%以內(nèi)；針對(duì)雙輸入單輸出壓電懸臂梁系統(tǒng)，分時(shí)控制方法能實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的快速跟蹤且跟蹤誤差小，滿足