本文關(guān)鍵詞：基于壓電纖維復(fù)合材料的懸臂梁扭轉(zhuǎn)控制研究

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【摘要】：當(dāng)前,民用和軍事領(lǐng)域都對(duì)飛行器提出了更高的要求,要求飛行器能夠在變化很大的飛行環(huán)境(高度、馬赫數(shù)等)和執(zhí)行多種任務(wù)(起降、盤旋、機(jī)動(dòng)、攻擊等)時(shí)始終保持良好的性能。為此,需要采用變體飛行器技術(shù)——利用智能材料或驅(qū)動(dòng)器,根據(jù)飛行環(huán)境和飛行任務(wù)的變化,相應(yīng)地改變飛行器的外形,使飛行器始終保持最優(yōu)飛行狀態(tài)。而機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)變形是變體飛行器的主要變形方式,對(duì)機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)控制是研制變體飛行器必須解決的難題之一。本文正是基于這一背景,以機(jī)翼的縮比模型——懸臂梁為被控對(duì)象,采用壓電纖維復(fù)合材料MFC作為驅(qū)動(dòng)器,研究懸臂梁的扭轉(zhuǎn)控制問題。本文被控對(duì)象柔性懸臂梁的主體為樹脂基玻璃纖維的梁肋和蒙皮,扭轉(zhuǎn)變形的驅(qū)動(dòng)器為45°極化的壓電纖維復(fù)合材料MFC。此類壓電懸臂梁系統(tǒng)具有遲滯非線性和蠕變非線性特性,同時(shí)存在殘余振蕩問題以及由于機(jī)電耦合和多體建模引起的模型未知問題。上述因素增加了壓電懸臂梁的建模和扭轉(zhuǎn)控制的難度。針對(duì)壓電懸臂梁系統(tǒng)的特性,本文提出了建模及扭轉(zhuǎn)控制的解決方案及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。首先對(duì)遲滯非線性特性建立了改進(jìn)的PI模型,通過逆補(bǔ)償?shù)姆绞綄?shí)現(xiàn)了靜態(tài)線性化；避開機(jī)理建模的難題,在階躍測(cè)試的基礎(chǔ)上使用Prony算法辨識(shí)出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；直接利用Prony辨識(shí)的參數(shù),設(shè)計(jì)出多模態(tài)輸入整形器,抑制由指令信號(hào)引起的振動(dòng)；針對(duì)蠕變特性、外界干擾等因素的影響,設(shè)計(jì)了閉環(huán)控制器,將基于改進(jìn)的PI模型的逆補(bǔ)償控制、多模態(tài)輸入整形器、PID控制器和模糊控制器有機(jī)地結(jié)合,設(shè)計(jì)了Fuzzy-PID-IS控制器用于壓電懸臂梁扭轉(zhuǎn)定位控制�；诒孀R(shí)出的傳遞函數(shù),在Matlab/Simulink仿真平臺(tái)下進(jìn)行了數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn),對(duì)多模態(tài)輸入整形器、PID控制器、PID-IS控制器和Fuzzy-PID-IS控制器分別進(jìn)行了仿真,并進(jìn)行了性能分析。設(shè)計(jì)了基于LabVIEW軟件開發(fā)平臺(tái)的壓電懸臂梁扭轉(zhuǎn)控制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并將控制算法應(yīng)用于硬件控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,逆補(bǔ)償控制能將靜態(tài)正弦跟蹤誤差控制在14%以下,多模態(tài)輸入整形器能有效抑制指令信號(hào)激發(fā)的振動(dòng),Fuzzy-PID-IS控制器在響應(yīng)速度、穩(wěn)態(tài)誤差和抑制干擾等方面有很好的控制效果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V224;V258

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本文編號(hào)：1210282