撓性梁的實驗建模及其振動主動控制

撓性梁的實驗建模及其振動主動控制

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1、中國科學技術(shù)大學碩士論文摘要摘要撓性結(jié)構(gòu)的振動抑制在航空航天及工業(yè)的各個領(lǐng)域都有廣泛的應用和重要的意義,其顯著特點是:低頻模態(tài)密集、模態(tài)耦合程度高、結(jié)構(gòu)阻尼微小。這種固有的低阻尼特性及外太空幾乎無空氣阻尼的環(huán)境,使得撓性結(jié)構(gòu)由于某種因素而激發(fā)起來的振動難以在短時期內(nèi)迅速衰減,而這種長時間的振動一方面容易造成撓性結(jié)構(gòu)的疲勞破壞、壽命縮短,另一方面會直接影響飛行器等儀器設(shè)備的正常工作。本文以此為背景,著重研究了撓性結(jié)構(gòu)振動的主動控制問題。像研究其他結(jié)構(gòu)振動抑制的方法一樣,要有效地抑制撓性結(jié)構(gòu)的振動,首先要確定一套切實可行的控制方案,繼而考慮控制系統(tǒng)中常見

2、的問題如傳感器/作動器的選擇、模型的獲取、控制律的設(shè)計等,當然,除了純理論上的研究以外,一個實際的物理仿真系統(tǒng)也是必需的,它能更直觀的驗證上述控制思想或方法的正確與否。本文在研究初期選擇質(zhì)量小、頻帶寬、易安裝的壓電材料作為傳感器和作動器,構(gòu)建了撓性懸臂梁振動抑制物理仿真實驗系統(tǒng)。后來的研究發(fā)現(xiàn),上述所建撓性粱系統(tǒng)中壓電陶瓷傳感器超低頻特性欠佳,于是重新選用了頻率特性為一比例因子的電阻式應變計作為傳感器,和原有的傳感器一起構(gòu)建了包含兩種傳感器的撓性梁振動抑制物理實驗系統(tǒng)。一個精確的模型對于撓性結(jié)構(gòu)振動的抑制可以起到事半功倍的效果。但是,目前撓性結(jié)構(gòu)的建

3、模方法主要集中在以有限元法為代表的理論建模上,鮮有利用實驗建模成功的例子。本文成功地利用頻域極大似然法獲取了傳感器分別為壓電陶瓷和電阻式應變計的撓性梁系統(tǒng)的數(shù)學模型,并比較了不同傳感器對辨識模型的影響。本文利用時域遞推最d,--乘辨識得到了上述撓性梁系統(tǒng)的數(shù)學模型,并對這種時域整體辨識方法的局限性進行了分析,指出了其不宜在動態(tài)變化和頻寬均很大的系統(tǒng)模型辨識中應用。針對時域整體辨識的局限性,提出了“分段建模一集總控制”方法,對系統(tǒng)II中國科學技術(shù)大學碩士論文摘要的高低頻模態(tài)分別進行建模,然后根據(jù)所得模型分別設(shè)計控制律再線性相加,成功地解決了時域整體建模

4、的弊端。另外,對“分段建模.集總控制”方法中采樣頻率的選擇進行了詳細的研究,并指出了其基本選取原則。根據(jù)時域和頻域辨識方法得到的模型,設(shè)計了線性二次型最優(yōu)調(diào)節(jié)器和極點配置控制律,并采用并行濾波法防止控制溢出,成功地抑制了撓性梁的振動,同時也驗證了辨識模型的有效性和辨識方法的可行性。關(guān)鍵詞:撓性結(jié)構(gòu);振動抑制;頻域極大似然法辨識;時域整體辨識;遞推最小二乘法;分段建模.集總控制;并行濾波法III中國科學技術(shù)大學碩士論文英文摘要AbstractVibrationcontrolofflexibles仃ucture疆S)hasbeenusedwidelyin

5、andplaysanimportantroleonmanyfieldsofaviation,spaceflightandindustry.FSischaracterizedbydenselowmodes,highdegreeofmodecouplingandsmalls機lctIlmldamp.Withthisinherentsmalldampcharacterandscarcelyanyatmospheredampinouterspace,vibrationoftheFS,excitedbysomereason,willnotdampinalong

6、time.Thiscancal,Lsefatiguedestroyandlifereductionofthes缸ucnlre.a(chǎn)lsohasabadeffectonnormalworkofthespacecraftandotherinstruments.Accordingtothebackground,activevibmtioncontroloftheflexibles仇lcturesisdiscussedinthepaper.LikethevibrationsuppressionresearchofotherstnJcnlres.inordert

7、osuppressthevibrationoftheflexibles仃ucnlreseffectively,wemustfirstde.frameafeasiblecontrolscheme,andthenconsidersuchproblemsastheselectionofthesensorsandactuators,modeling,controllawdesignandSOon.Becauseitcanprovewhetherthecontrollawiscorrectornotmorevisually,ofCOUrse,aphysical

8、simulationsystemisneededexceptrationalisticresearch.Ea

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