基于改進(jìn)滑模變結(jié)構(gòu)的加筋板振動(dòng)主動(dòng)控制研究.pdf

1、加筋板結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的機(jī)械性能和物理特性，以及很好的經(jīng)濟(jì)性，被廣泛應(yīng)用于航空、機(jī)械加工和船舶等眾多工業(yè)制造與加工領(lǐng)域。然而加筋板結(jié)構(gòu)在受到外界的擾動(dòng)或者激勵(lì)時(shí)，自身會(huì)產(chǎn)生受迫振動(dòng)，將影響加筋板以及整體結(jié)構(gòu)的正常運(yùn)行，在受迫振動(dòng)較小的時(shí)候會(huì)影響結(jié)構(gòu)的使用壽命;當(dāng)受迫振動(dòng)劇烈時(shí)候甚至?xí)?dǎo)致安全問(wèn)題。所以，對(duì)加筋板相關(guān)機(jī)構(gòu)的振動(dòng)情況研究以及振動(dòng)控制分析至關(guān)重要。對(duì)于加筋板的振動(dòng)分析已經(jīng)獲得了豐碩成果，然而滑模變結(jié)構(gòu)控制中存在的“抖振”和振動(dòng)衰減

2、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，以及壓電片同位配置的局部應(yīng)變效應(yīng)導(dǎo)致振動(dòng)控制效果不佳的問(wèn)題需要解決。
　　本文以加筋板作為研究和分析的對(duì)象，利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)將其作為傳感器和作動(dòng)器，進(jìn)一步的對(duì)粘有壓電陶瓷片的加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模、相關(guān)振動(dòng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別、分析基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法、改進(jìn)冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法和提出基于局部應(yīng)變補(bǔ)償方案的改進(jìn)冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)算法，對(duì)加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制理論和實(shí)驗(yàn)的研究。主要論

3、文內(nèi)容如下;
　　第二章闡述了并分析壓電元件的正反壓電效應(yīng)和工作原理，最終根據(jù)機(jī)械振動(dòng)基本理論建立了加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的機(jī)電耦合振動(dòng)模型及其狀態(tài)空間方程，以便下文對(duì)基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)振動(dòng)主動(dòng)控制仿真和實(shí)驗(yàn)做準(zhǔn)備。
　　第三章分析并推導(dǎo)了基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法的基本原理，結(jié)合加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程，進(jìn)一步推導(dǎo)控制算法的控制律表達(dá)式以及相關(guān)參數(shù)的計(jì)算式。然后通過(guò)ANSYS-Workbench模塊的模態(tài)分

4、析功能對(duì)加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行初步確定相關(guān)模態(tài)參數(shù);再由正弦掃頻試驗(yàn)方法確定加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)際模態(tài)參數(shù);最后運(yùn)用MATLAB-Simulink仿真系統(tǒng)，進(jìn)行基于冪次趨近滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對(duì)加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制的仿真與分析，確定最優(yōu)的控制參數(shù)。參照仿真的相關(guān)數(shù)據(jù)，基于NI公司的CompactRIO實(shí)時(shí)控制器，搭建加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái);結(jié)合LabVIEW虛擬儀器對(duì)CompactRIO實(shí)時(shí)控制器進(jìn)行編程，

5、以實(shí)現(xiàn)基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對(duì)加筋板振動(dòng)控制系統(tǒng)的振動(dòng)主動(dòng)控制;最終通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證控制算法的可行性，并分析在振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程存在的相關(guān)問(wèn)題。
　　第四章通過(guò)基于冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對(duì)加筋板的振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)分析，存在“抖振”和振動(dòng)衰減時(shí)間過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題，分析算法的不足之處，并最終基于以上的問(wèn)題提出改進(jìn)冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法，主要是構(gòu)建了改進(jìn)冪次系數(shù)a;然后運(yùn)用MATLAB-Simulink控制與仿真系統(tǒng)編寫(xiě)基

6、于改進(jìn)冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)算法對(duì)加筋板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)的仿真程序，進(jìn)行振動(dòng)主動(dòng)控制的仿真分析。最后參考仿真的相關(guān)參數(shù)，結(jié)合CompacrRIO實(shí)時(shí)控制器實(shí)現(xiàn)基于改進(jìn)冪次趨近律滑模變結(jié)構(gòu)控制算法對(duì)加筋板進(jìn)行振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證該算法的可行性。
　　第五章通過(guò)實(shí)際實(shí)驗(yàn)分析得知，由于局部效應(yīng)的存在，導(dǎo)致控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)不是單純的彎曲應(yīng)變，區(qū)別于加筋板機(jī)電耦合振動(dòng)系統(tǒng)模型的厚度方向的應(yīng)變;針對(duì)此問(wèn)題提出基于局部應(yīng)變