基于壓電摩擦阻尼器的模糊控制分析與試驗研究.pdf

1、普通摩擦阻尼器構(gòu)造簡單,性能穩(wěn)定,但摩擦力不可調(diào)節(jié),適應(yīng)性較差。壓電陶瓷驅(qū)動器響應(yīng)快,出力大,但驅(qū)動位移較小。模糊控制以模糊集合和模糊語言規(guī)則為基礎(chǔ),根據(jù)專家經(jīng)驗或現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)確定控制規(guī)則,不需要建立結(jié)構(gòu)精確的數(shù)學(xué)模型就可以實現(xiàn)對非線性、時變性的復(fù)雜對象的有效控制,但傳統(tǒng)的模糊控制主要是依靠控制專家和操作人員的經(jīng)驗知識來建立模糊控制規(guī)則,其模糊控制系統(tǒng)一般均為比較復(fù)雜的非線性函數(shù),且在專家經(jīng)驗缺乏時很難建立完善的控制

2、規(guī)則?；诮馕霰磉_(dá)式的自調(diào)整模糊控制僅從函數(shù)形式上考慮模糊控制規(guī)則的實現(xiàn),擺脫了控制規(guī)則對專家經(jīng)驗的依賴,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性和和更加優(yōu)良的控制效果。本文以壓電陶瓷材料的力學(xué)性能和摩擦阻尼器的工作原理以及模糊控制理論為基礎(chǔ),主要進(jìn)行了以下研究工作:
　　(1)根據(jù)壓電陶瓷驅(qū)動器和摩擦耗能器的主要特點,將其有效結(jié)合設(shè)計制作了一種新型壓電摩擦阻尼器,分析了這種阻尼器的工作原理和構(gòu)造方法,推導(dǎo)了相應(yīng)的阻尼力-電壓本構(gòu)模型。通過不同預(yù)壓力下摩

3、擦系數(shù)和不同輸入電壓下驅(qū)動器出力性能試驗,經(jīng)過線性擬合,建立了新型壓電摩擦阻尼器的滑動摩擦阻尼力與輸入電壓的關(guān)系表達(dá)式,并將其理論計算出力與試驗結(jié)果進(jìn)行了對比。
　　(2)從模糊變量的選取、論域的制定、模糊化及反模糊化處理方法的選擇、隸屬度函數(shù)的選取、控制規(guī)則的設(shè)計等方面,分析了模糊控制器的設(shè)計原理和實現(xiàn)過程。應(yīng)用 MATLAB軟件中的模糊邏輯控制工具箱,采用圖形用戶界面工具,設(shè)計了一個雙輸入單輸出的二維模糊控制器,并運用基于解析

4、表達(dá)式的自適應(yīng)模糊控制方法,建立了含有四個調(diào)整因子的模糊控制規(guī)則,設(shè)計了相應(yīng)的模糊控制器。
　　(3)采用文中設(shè)計的模糊控制器,運用壓電摩擦阻尼器的控制力方程,基于 MATLAB軟件中的 SIMULINK仿真工具箱,建立了無控和模糊控制時控制系統(tǒng)的計算機(jī)仿真模型,對比分析了 El Centro地震波下輸變電塔模型結(jié)構(gòu)在傳統(tǒng)模糊控制規(guī)則和自調(diào)整模糊控制規(guī)則時的地震響應(yīng)與控制效果。結(jié)果表明,采用自調(diào)整模糊控制時,模型結(jié)構(gòu)除一層速度峰值

5、略有放大外,其余各層的位移峰值響應(yīng)和速度峰值響應(yīng)都得到了較好地抑制。一般地,位移峰值最大可降低44.64％,速度峰值最大可降低37.96%,說明文中壓電摩擦阻尼器和自調(diào)整模糊控制器對輸變電塔模型結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)控制有效;自調(diào)整模糊控制策略對復(fù)雜且難以建立控制規(guī)則的系統(tǒng)具有一定的參考意義。
　　(4)設(shè)計制作了一個輸變電塔模型結(jié)構(gòu)并將文中阻尼器安裝于模型結(jié)構(gòu)中,采取以應(yīng)變響應(yīng)為輸入的自調(diào)整模糊控制策略,對模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了模擬地震振動臺試驗