壓電柔性結構的建模、參數(shù)辨識與振動主動控制.pdf

1、本文以壓電智能柔性結構為研究對象，對其模型的建立以及振動主動控制問題進行了全面而系統(tǒng)的研究；提出了對結構進行模型降階、模態(tài)參數(shù)辨識的新方法；針對具有不確定性和幾何非線性的壓電智能柔性結構，建立了結構的模態(tài)狀態(tài)空間表示，對結構的振動主動控制進行了研究。主要內容如下： 1．提出了模態(tài)空間范數(shù)的概念和計算方法，以壓電柔性梁、板結構為對象，建立了其模態(tài)空間的傳遞函數(shù)與狀態(tài)方程；利用模態(tài)空間范數(shù)作為各個模態(tài)對壓電柔性結構動力響應貢獻大小的

2、度量，給出了一種對帶有壓電作動器、輸出為空間分布的柔性結構進行模態(tài)挑選而獲得降階模型的方法。仿真結果表明，隨著壓電作動器的配置不同，結構的降階模型中應保留的模態(tài)也應隨之發(fā)生變化，利用所提出的方法獲得的降階模型保留了相對較重要的模態(tài)，它比直接模態(tài)截斷方法更逼近原系統(tǒng)，是一種適用于結構全局振動控制的模型降階方法；因其考慮了配置的作動器對各個模態(tài)的控制能力，將會提高壓電柔性結構振動主動控制的控制效果。 2．利用小波變換所具有的特性，分

3、析了在眾多小波基函數(shù)中Morlet小波更適合對結構振動系統(tǒng)進行模態(tài)分析的原因，結合Morlet小波的性質和結構振動系統(tǒng)自由響應信號的特性，構造了一組小波族，實現(xiàn)了利用小波變換對多自由度系統(tǒng)進行模態(tài)解耦、以及對壓電智能柔性結構、時變系統(tǒng)進行模態(tài)參數(shù)辨識。仿真結果表明，所提方法的正確性和有效性，它比直接利用Morlet小波更為直觀、方便和準確；對壓電柔性結構的低頻密集模態(tài)頻率和振型能夠很好地進行辨識。 3．以不確定壓電柔性結構為對象

4、，考慮其被控模態(tài)參數(shù)的不確定性以及剔除殘余模態(tài)所引起的模型誤差，建立了模態(tài)空間內結構的不確定線性分式模型；根據(jù)所建立的不確定模型，設計了一個對結構進行振動控制的非同位動態(tài)輸出反饋控制器，使結構的閉環(huán)系統(tǒng)滿足多個性能要求；并利用線性矩陣不等式方法，將具有多個性能約束的振動控制問題轉化為一個具有線性矩陣不等式約束和線性目標函數(shù)的凸優(yōu)化問題。仿真結果表明，所建立的模態(tài)不確定模型和在此基礎上采用多目標優(yōu)化方法所設計的控制器是合理可行的；系統(tǒng)在控

5、制結構低頻模態(tài)的同時，能很好地抑制在非同位控制中因模型降階而帶來的高階模態(tài)溢出現(xiàn)象。 4．在不確定性壓電柔性結構的建?；A上，對基于遺傳算法的混合動態(tài)輸出反饋振動控制器的設計進行了研究。首先利用線性矩陣不等式得到多個無窮范數(shù)性能指標下的控制器，然后通過遺傳算法對所得到的控制器進行系統(tǒng)2．范數(shù)性能優(yōu)化，從而設計出兼顧魯棒性和系統(tǒng)時域性能要求的混合動態(tài)輸出反饋控制器。 5．以帶壓電傳感器和作動器的大撓度柔性矩形板結構為對象，

6、考慮其幾何非線性，建立其非線性橫向振動的近似動力學模型，進行了結構的模糊建模，并在此模型基礎上，設計一個對結構進行非線性振動控制的模糊魯棒動態(tài)輸出反饋控制律。仿真結果表明，根據(jù)所設計的控制律對幾何非線性板結構振動有不錯的抑制作用；控制律的計算量不大，易于工程實現(xiàn)。 6．利用假設模態(tài)法建立了柔性連桿機械臂的逆動力學方程，提出了一種對其進行末端軌跡跟蹤的并行于常規(guī)開環(huán)逆動力學控制的混合模糊控制方法；在這種混合控制中，借助于結構的逆動