發(fā)布時間：2020-04-26 08:44

【摘要】： 對柔性構(gòu)件的振動主動控制問題，結(jié)合國家自然科學(xué)基金項目，針對一類空間柔性桿系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)振動及一類兩連桿柔性構(gòu)件系統(tǒng)中的柔性梁、柔性桿之間的彎曲-扭轉(zhuǎn)耦合振動進行系統(tǒng)、深入的理論與實驗研究。 第一章概述了課題研究的背景與意義。從柔性構(gòu)件的系統(tǒng)建模、典型柔性構(gòu)件的研究、智能材料的應(yīng)用、致動器／傳感器的優(yōu)化配置、振動控制中的常用控制算法方面，綜述了柔性構(gòu)件主動控制的研究現(xiàn)狀。最后闡述了本文的主要研究內(nèi)容。 第二章闡述了壓電材料的壓電方程及壓電應(yīng)用。設(shè)計了一種采用軸向極化方式的壓電扭轉(zhuǎn)致動器，導(dǎo)出了此致動器的輸出扭矩，分析了其諧振頻率，探討了此類致動器的制作加工工藝。分析了電阻應(yīng)變片測量扭轉(zhuǎn)振動的基本原理，推導(dǎo)了其扭轉(zhuǎn)角與電橋輸出電壓之間的關(guān)系。 第三章簡要分析了柔性桿的扭轉(zhuǎn)振動。提出一種由柔性桿、壓電扭轉(zhuǎn)致動器、電阻應(yīng)變片傳感器所組成的空間柔性桿件系統(tǒng)。針對該柔性桿系統(tǒng)中壓電致動器／傳感器的位置優(yōu)化配置問題，推導(dǎo)了系統(tǒng)的動力學(xué)方程，建立了系統(tǒng)的狀態(tài)空間表達式。提出一種基于最小輸入能量、最大能量傳遞、Grammian矩陣最小奇異值最大化的復(fù)合優(yōu)化配置算法，運用遺傳算法對壓電扭轉(zhuǎn)致動器／傳感器的布局位置進行了優(yōu)化。最后，進行了數(shù)值優(yōu)化仿真研究，確定了致動器／傳感器的最優(yōu)配置位置，并與其它位置作了比較研究。 第四章基于線性二次型最優(yōu)控制基本理論，研究了線性二次型最優(yōu)控制理論中的加權(quán)矩陣Q的選擇策略，提出一種基于遺傳算法并具有約束條件的加權(quán)矩陣選擇方法。以第三章所建立的系統(tǒng)為例進行了優(yōu)化仿真研究，表明所提出的加權(quán)矩陣選擇策略是有效的、可行的。同時也作了致動器／傳感器在不同位置的控制研究，驗證了相關(guān)優(yōu)化理論的正確性。 第五章構(gòu)建了一種由柔性梁與柔性桿所組成的具有彎扭耦合特性的空間兩連桿柔性構(gòu)件系統(tǒng)，將兩種不同極化方式的壓電致動器應(yīng)用于此柔性構(gòu)件系統(tǒng)的彎扭耦合振動主動控制。運用拉格朗日方程和假設(shè)模態(tài)法推導(dǎo)了此柔性系統(tǒng)的動力學(xué)方程。在柔性桿上粘貼壓電扭轉(zhuǎn)致動器抑制柔性桿的扭轉(zhuǎn)振動，在柔性梁上粘貼壓電彎曲致動器抑制柔性梁的彎曲振動。提出了兩種控制策略，第一種是基于Lyapunov穩(wěn)定性的速度反饋控制策略，第二種是帶有飽和環(huán)節(jié)及低通濾波器的滑模變結(jié)構(gòu)控制策略，對提出的兩種控制策略，分別進行了主動控制數(shù)值仿真研究，并作了對比分析。 第六章構(gòu)建了基于工業(yè)PC機為核心的柔性構(gòu)件實驗系統(tǒng)，對實驗系統(tǒng)的軟、硬件進行了闡述，分別進行了柔性桿系統(tǒng)及兩連桿柔性構(gòu)件系統(tǒng)的主動控制實驗研究。實驗結(jié)果驗證了相關(guān)位置優(yōu)化理論及控制理論應(yīng)用的正確性。 第七章對全文進行了總結(jié)，并對未來的工作進行了展望。
【圖文】：

國內(nèi)對柔性構(gòu)件主動控制研究則起步較晚，從上個世紀(jì)九十年代才開始相關(guān)研究。唐永杰等138】首先對智能梁進行了研究，將壓電陶瓷元件粘貼在梁表面作為傳感器與致動器，推導(dǎo)了傳感方程和致動方程，在實驗中采用了一365mmx20mmx2mm鋁懸臂梁，取得了很好的抑振效果，并且加大反饋控制增益，抑振效果更佳。胡選利、唐永杰等130】還從機電禍合彈性體的理論出發(fā)運用hami!ton原理建立了一般壓電禍合系統(tǒng)的動力學(xué)分析模型，，并給出了模態(tài)分析和有限元分析的禍合系統(tǒng)方程、致動方程及檢測方程。李岳鋒、朱德憋l’0]研究了表面貼有多個用作致動器和傳感器的壓電陶瓷片的“壓電梁”結(jié)構(gòu)，提出了壓電梁對緩變周期擾動振動環(huán)境的多輸人多輸出振動抑制方法。并進行了兩輸入兩輸出壓電梁的多諧波振動的抑振控制試驗。馬治國、聞邦椿等l’l】利用力平衡原理，建立了單面粘貼有壓電致動器的梁結(jié)構(gòu)的拉伸彎曲禍合模型。孫東呂等腳j提出了用于振動控制的分布壓電單元法(如圖1.7所示)，并對智能板進行了模態(tài)控制實驗。鄧年春、鄒振祝143]對于采用不同壓電材料分別作致動器和傳感器的壓電板，推導(dǎo)出了運動方程。并采用基于二次線性控制的獨立模態(tài)空間控制法進行了板結(jié)構(gòu)的土動控制。仿真結(jié)果表明該方法能有效控制板結(jié)構(gòu)的振動。

浙江大學(xué)博士學(xué)位論文乓乓月心心心心心心心心心心心心.試試試試.藥.藥reseseseseslesse‘....L一一el凡凡ylz幾yll方向為幾的壓電陶瓷塊，效應(yīng)，凡可表示為55=試SE當(dāng)給此壓電
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TB535

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 呂永桂;陳凱;魏燕定;;彎扭耦合柔性構(gòu)件系統(tǒng)的變結(jié)構(gòu)控制研究[J];農(nóng)業(yè)機械學(xué)報;2010年09期

2 呂永桂;陳凱;魏燕定;;智能桿致動器優(yōu)化配置及扭振主動控制試驗[J];振動.測試與診斷;2010年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王新杰;PLZT光致伸縮特性及光電層合回轉(zhuǎn)薄殼主動控制的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 楊康華;柔性機械臂的振動控制與實驗研究[D];北京郵電大學(xué);2011年

2 趙浩江;空間可展開桁架結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析及振動主動抑制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

3 楊宏斌;柔性懸臂梁振動主動控制的實驗研究[D];蘭州理工大學(xué);2012年

4 謝永;柔性結(jié)構(gòu)的低維建模與主動控制研究[D];上海交通大學(xué);2012年

5 童云華;用于掃描刻蝕加工的特種懸臂梁探針關(guān)鍵技術(shù)研究[D];安徽工程大學(xué);2012年

本文編號：2641314