基于多种群遗传算法的LQR 振动主动控制研究

根据压电智能结构的特点,针对一类由悬臂梁、传感器和压电作动器构成的压电智能梁系统的振动主动控制进行了研究。利用压电方程建立了压电智能梁系统的状态空间模型,采用线性二次最优控制(LQR)对智能梁的振动进行了主动控制。对二次性能指标中的加权矩阵的选取方式进行了深入研究,提出了一种基于多种群遗传算法的加权矩阵选取方式。仿真和实验结果表明:多种群遗传算法比简单遗传算法具有更快的收敛速度,且遗传代数少,能够有效避免陷入局部最优解。基于多种群遗传算法的LQR振动主动控制算法对压电智能梁的振动主动控制具有可行性和稳定性,相对基于简单遗传算法的LQR振动主动控制算法达到稳定的时间短且具有更好的控制效果。     

风力机叶片等效悬臂梁模糊PID控制

针对嵌有复合材料的风力机叶片,其振动以挥舞为主要形式,能量主要集中在一阶、二阶,采用压电纤维作为敏感执行器件,组成压电智能控制系统,对风力机叶片振动进行研究.将风力机叶片等效为悬臂梁,基于压电材料的压电本构方程以及压电智能悬臂梁状态空间方程,采用模糊控制实现PID参数自整定,进行振动抑制并采用MATLAB进行值仿真,结果表明模糊PID在振动抑制上比普通PID有更好的自适应性,能够实现参数自动调整.     

智能结构振动主动控制中驱动器的最优配置

从振动主动控制系统的振动能量和控制能量的角度出发,基于遗传算法(ＧＡ)求解智能结构振动主动控制中驱动器的最优配置问题·为了获得最佳的控制效果,对常规遗传算法进行了适当的改进·最后以悬臂梁为例,讨论了压电驱动器的位置对智能结构振动主动控制效果的影响     

基于悬臂梁振动的主动控制技术研究

应用有限元方法建立了贴有压电驱动器的悬臂梁动力学模型,采用二次型最优控制理论建立控制规律,对悬臂梁在初始扰动和持续外激励作用下的振动进行了主动控制实验。实验结果表明,所设计的控制系统可以有效地抑制两种情况下悬臂梁的振动。     

压电柔性臂的传感器/致动器优化配置与振动主动控制

以欧拉-伯努利(Euler-Bernoulli)悬臂梁为模型,对压电柔性臂系统的传感器/致动器的优化配置和振动主动控制问题进行推导,简化了智能压电柔性臂系统的动力学方程和压电传感/致动方程,并建立了系统状态空间表达式.从传感器/致动器对相应模态的贡献出发,给出一种考虑模态权重的目标函数,并采用遗传算法对同位配置时的传感器/致动器的优化配置进行研究.基于优化布局结果在柔性臂上黏贴压电致动器和传感器,建立模糊逻辑控制器,对柔性臂在自由衰减和持续激励的情况下分别进行振动主动控制实验.实验结果表明柔性臂在两种激励下的振动均得到到了有效抑制,所提出的优化配置方法和模糊控制策略是可行的.     

压电智能材料在悬臂梁结构振动控制中的应用

研究压电材料在柔性悬臂梁结构振动控制中的应用,采用压电有限元方法对压电智能梁的响应进行了数值模拟,在考虑压电片与悬臂梁之间相互耦合作用的基础上,通过有限元软件ABAQUS数值模拟获得压电智能梁在简谐荷载下的响应,并与有关试验结果进行对比来修正压电应变常数及介电常数等参数.通过数值算例对地震荷载作用下压电梁的振动响应进行了数值模拟,结果表明,压电材料对柔性结构的振动控制效果显著,最大控制效率能达到45%左右.     

压电陶瓷用于柔性悬臂梁振动控制的试验研究

依据压电陶瓷驱动器的振动控制原理和梁表面的应变方程确定压电陶瓷片在悬臂梁上的粘贴位置,采用独立模态控制方法对柔性悬臂梁进行振动主动控制试验研究.为提高信噪比并保证后继控制的可靠性和有效性,对传感信号进行了滤波处理.试验结果表明,将压电陶瓷片布置在悬臂梁的合理位置上并采用主动控制方法,可以有效地抑制悬臂梁的振动,使悬臂梁前3阶模态的加速度及响应谱峰值均减小40%左右.     

压电智能梁振动控制的遗传算法优化设计

应用遗传算法，对用离散分布压电作动－传感元件的智能梁进行振动主动控制，研究其结构优化设计问题。考虑控制增益的影响，以模态阻尼比为优化准则，用罚函数法对非线性约束优化问题的结束条件进行处理，对直接速度负反馈控制系统中的结构参数进行优化。最后，以悬臂梁为例，分别给出不同控制增益下，单点配置问题和多点并置问题的最优解。     

悬臂梁振动系统的控制器设计

在采用有限元法建立压电智能梁动力学方程基础上,结合模态控制理论对压电智能梁振动控制的原理和策略进行了研究,对梁结构采用二次线性控制的独立模态空间控制法进行主动控制.通过数值分析,利用MATLAB仿真,结果表明:此种方法能有效地控制结构的振动.     

利用压电陶瓷对柔性悬臂梁进行主动控制试验研究

通过对压电陶瓷作动器(包括智能传感器和驱动器)对柔性悬臂梁进行正位反馈控制的试验研究,得到了模态振动控制与瞬时脉冲振动控制的振动响应曲线,并分别对有控与无控情况进行对比.结果表明利用压电陶瓷以及正位反馈控制算法能够有效抑制外界激励下的一阶、二阶模态振动引起的结构振动.     

压电智能结构的一类非线性控制器设计方法

根据重置微分方程理论,提出了压电智能结构的一类非线性振动控制器设计方法.通过模拟压电分流阻尼开关系统的作用效果,设计了一个满足Lyapunov稳定性的非线性控制器,建立了被控系统的动力学模型,研究了控制器的控制算法,模拟电路中电感、电阻的数值以及开关的作用仅仅作为数学表达式存在于控制器的设计中,克服了被动压电分流阻尼技术存在要求大物理电感的缺陷,同时提高了控制器的环境适应性.悬臂梁的数值仿真结果表明控制器不仅能够较好地控制被控目标模态,而且对其它模态也有一定的抑制效果.     

基于能量准则的压电悬臂梁振动控制

基于现代控制理论,选用结构控制能量和控制信号能量作为控制目标函数的LQR法,利用压电材料对悬臂梁进行结构振动的主动控制。首先,按能量准则编写程序对简支条件下控制目标函数中权系数矩阵(Q矩阵和R矩阵)进行理论计算。然后,利用Matlab系统仿真,演示了梁中点受初始位移激励时,一阶模态位移的控制曲线和控制电压随时间变化的曲线。最后,以表格的形式表示了R取不同值时,在初始位移激励下,振动停止的时间及其控制电压的最大值,从而体现出该方法能达到更有效控制结构振动和减小控制能量消耗的目的。     

悬臂梁双压电振动能量采集器发电性能研究

为了收集环境中的振动能量,实现无线传感器网络节点等低能耗器件的自供电,针对电动机的机械振动,设计了一种可采集电动机振动能量的压电振动能量采集器。研究了电动机转速、负载阻值和悬臂梁自由端固定不同质量永磁铁块对压电振动能量采集器输出电压和输出功率的影响。实验结果表明,负载上电压随着负载阻值的增大而增大;输出功率不随负载阻值和所加永磁铁质量的增大,而是存在一个最优负载和一个最佳质量的永磁铁,当电动机的振动频率等于悬臂梁双压电振子的固有频率时,输出功率达到最大,并与理论计算值接近。     

带有充液容器的压电结构晃振建模研究

为了利用压电驱动器作为主动元件抑制带有充液容器的结构晃振,需要对压电结构晃振进行精确建模。本文针对一个自由端部带有充液容器的压电悬臂结构,利用有限元方法对无充液情况下的压电悬臂结构进行模态分析并建立其状态空间表达式,利用质量摆等效力学模型描述容器中液体晃动,将推导出的压电悬臂结构模型和液体晃动模型耦合得到整个系统晃振模型。通过试验分别验证不同充液水平下的晃振模型的频率 和Bode图,结果表明建立的带有充液容器的压电悬臂结构晃振模型及其状态空间表达式可用于控制设计。     

带粘结层智能结构压电作动器的修正点力模型

在有压电应变作动器的具有振动主动控制功能的智能杆梁结构中,考虑了粘结层的影响,并且假设应变沿各层的厚度方向为线性分布.对Crawley-Luis与Euler-Bernoulli所建立的压电作动器点力模型进行了修正,提出了一种更具一般性的诱导应变作动器的点力模型,分别导出了双面对称粘贴和单面粘贴压电作动器时的修正点力模型的计算公式.并进行了计算机仿真研究,表明了修正模型的合理性.修正点力模型更具一般性,这对设计压电智能结构具有指导意义.     

挠性结构模型的频域极大似然法辨识

在构建的以压电陶瓷为执行器、电阻式应变片为传感器的挠性悬臂梁物理实验系统基础上,优化设计多正弦辨识输入信号,利用频域极大似然法辨识得到了整个系统的数学模型,并根据该模型进行了数字和物理控制仿真,验证了模型的有效性.良好的控制效果表明:对于挠性结构,频域极大似然法是一种有效的模型辨识方法.     

压电分流阻尼的虚拟实现

提出压电分流阻尼技术的虚拟实现方法,用主动控制的方法来真实地模拟被动压电分流阻尼器的效果。利用压电分流阻尼系统的动力学基本方程设计反馈控制器,建立相应于LR串联分支电路的反馈控制结构,整个闭环控制系统稳定或渐进稳定。虚拟实现方法避免了大电感的要求,可以在线调节电感和电阻的数值以适应环境的变化,克服了物理压电分流阻尼器的两大缺陷。数值仿真结果表明,虚拟实现方法能够有效地控制连续结构的振动。     

压电智能梁的状态相关LQR振动控制

为改善采用压电材料的智能梁的振动控制,提出了一个状态相关LQR（Linear Quadratic Regulator）控制方法,在离散时刻上依据状态选取主控模态,调整目标函数并更新增益矩阵,从而使主控模态具有较大的阻尼,数值计算了一悬臂梁和简支梁在不同初始条件下的响应,结果表明,该方法能够有效改善控制效果。