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)翼的變形控制問題具有重要的工程價值?；诖?，本文將機(jī)翼模型簡化為懸臂梁結(jié)構(gòu)，并對其變形控制方法展開深入研究。
　　本文對壓電纖維復(fù)合材料驅(qū)動的懸臂梁

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。在開環(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，通過對數(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。針對開環(huán)控制不能實(shí)現(xiàn)干擾抑制問題，本文基于ARX模型辨識

3、出懸臂梁系統(tǒng)近似動態(tài)模型，并運(yùn) H∞魯棒控制理論設(shè)計閉環(huán)控制器。為了實(shí)現(xiàn)對動態(tài)信號的快速跟蹤，基于前饋-反饋控制理論為壓電懸臂梁系統(tǒng)設(shè)計了二自由度魯棒控制器，并提出了一種分時控制方法以實(shí)現(xiàn)對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，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)計的控制器的實(shí)際控制效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)

4、果表明：開環(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)，但是開環(huán)控制并不能抑制外界干擾；設(shè)計的單自由度魯棒控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對階躍信號的快速響應(yīng)，調(diào)節(jié)時間為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)計的二自由度魯棒控制器能夠?qū)崿F(xiàn)對動態(tài)信號的快速跟蹤，且跟蹤誤差在8%以內(nèi)；針對雙輸入單輸出壓電懸臂梁系統(tǒng)，分時控制方法能實(shí)現(xiàn)對動態(tài)信號的快速跟蹤且跟蹤誤差小，滿足