分布参数柔性梁的建模与振动边界控制

研究了一类具有未知扰动和变张力柔性梁的二维振动控制问题。柔性梁式结构属于典型的无穷维分布参数系统,其动力学模型由一组偏微分方程(PDEs)和一组用常微分方程(ODEs)混合构成。为了避免控制溢出和实现二维振动控制,基于柔性梁原始无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法,设计了纵向和横向二维PD(Proportional Derivative)控制器用以抑制柔性梁的振动,设计的PD控制器简单可行且独立于系统参数,因此具有较好的实时性和鲁棒性。其后利用经典的Lyapunov直接法对柔性梁系统的稳定性和一致有界性进行了证明。最后对所设计控制方法的有效性进行了仿真验证。     

旋转双柔性压电梁的分层递推模糊振动控制

行星减速器存在齿轮间隙时驱动旋转双柔性梁结构是一个强耦合、非线性多输入多输出(MIMO)控制系统,针对该系统的振动控制问题,提出一种基于MIMO系统的分层递推模糊控制算法.首先在模糊控制器中引入分层结构,将旋转双柔性梁的系统运行状态划分为不同的区间,进行控制算法设计;然后建立行星减速器驱动旋转双柔性压电梁实验平台,利用压电片驱动器和交流伺服电机复合驱动抑制双柔性梁结构振动,对控制算法进行实验验证.结果表明,与比例加微分(PD)控制算法相比,所提出的分层递推模糊控制算法对结构大幅值振动和小幅值振动都有较快的抑制效果.     

具有边界扰动柔性机械臂的鲁棒自适应边界控制

针对边界未知扰动和系统结构参数均具有不确定性的柔性机械臂系统,为了抑制其振动和提高振动控制效果,通过对柔性臂的结构参数估计,采用自适应和边界控制技术,设计了带有边界扰动观测器的鲁棒自适应边界控制对柔性臂振动进行控制。所设计控制算法能补偿结构参数不确定性和避免了控制溢出,边界扰动观测器能抑制和跟踪边界未知扰动的影响。随后利用Lyapunov综合法对控制系统的稳定性和一致有界性进行了证明。仿真结果进一步验证了该控制算法对抑制柔性臂振动的有效性。     

基于在轨辨识的空间柔性结构振动控制

为抑制空间柔性结构的振动,必须进行在轨动力学参数辨识,实时获得系统参数。该文针对空间柔性结构,建立了基于在轨辨识的振动控制方法。该方法运用特征系统实现算法辨识得到系统的动力学参数,然后利用辨识得到的参数设计最优控制器,抑制结构的振动。仿真和实验的结果表明,该方法辨识要求的数据短、辨识速度快,对主要振动模态的抑制效果明显,适合于空间柔性结构的在轨控制。     

柔性倒立摆的PD实时控制

针对直线一级柔性倒立摆系统的多变量特性,采用三个PD控制器实现了系统的平衡控制。建立了系统的数学模型,并利用极点配置方法整定控制器参数进行仿真实验,将所设计的控制器在实际的实验设备上进行实时控制实验。实际控制结果验证了方案的有效性和正确性。     

基于电容式微机械声学传感的纳米梁非线性振动控制

电容式微机械声学传感器(CMUT)具有高带宽、易集成阵列化、无需匹配层、灵敏度高等优点,利用CMUT器件检测纳米梁产生的声波信号,得到纳米梁的振动信息,将CMUT器件置于纳米梁下方作为振动信号检测传感器。应用静电反馈控制器,以Euler-Bornoulli梁为振动模型,提出基于CMUT传感的纳米梁非线性振动控制方法,建立纳米梁非线性振动微分方程,应用多尺度方法研究纳米梁的非线性振动控制。分析了控制增益等系统参数与纳米梁非线性振动之间的关系,研究了改变系统参数来增强系统振动稳定性的方法。研究结果表明,选择合适的系统参数可以减弱甚至消除系统振动的非线性并增强系统的稳定性。     

双柔性机械臂伺服系统PI控制策略

柔性机械臂系统中的负载柔性、关节柔性会导致输出转速波动，故使用PI控制策略对伺服系统进行控制.根据连续体振动理论和拉格朗日方程建立同时考虑负载和关节两种柔性的动力学模型，并分析了两种柔性对系统传动特性的影响.使用Arnoldi方法对传递函数进行降阶，并对降阶误差进行评价.采用极点配置方法设计控制器参数，讨论了极点阻尼系数、自然频率等对系统动态特性的影响.最后进行双柔性机械臂的仿真分析和转动控制实验，结果表明：适当调整控制器参数可以有效减弱柔性机械臂伺服传动系统末端的转速波动，进而抑制机械谐振现象，使系统趋于稳定.     

纳米梁非线性振动的静电反馈控制

针对静电激励作用下纳米梁非线性因素导致的振动不稳定问题,研究了当激励频率接近系统固有频率一半时纳米梁在静电激励作用下非线性振动的超谐共振控制。设计纳米梁非线性振动平行板静电反馈控制器,利用石墨烯薄膜阻变特性提取纳米梁的振动信号,利用静电反馈控制方法控制纳米梁的非线性振动。采用多尺度法研究纳米梁谐振器非线性振动超谐共振及其解的稳定性,得到类线性弹簧系统临界控制电压,并给出纳米梁尺寸和结构参数设计范围,为纳米梁谐振器的制造与控制提供理论分析和计算方法。仿真分析结果表明,反馈控制电压能够有效消除静电驱动非线性现象。     

柔性航天器快速机动过程主动振动与姿态控制方法研究

针对柔性航天器挠性附件振动与姿态机动耦合降低控制精度的问题,给出了一种混合分力合成主动振动控制方法,给出了若干定理并进行了理论证明.其次,系统参数波动及随机干扰因素不可忽略,对经典滑模控制器进行优化,形成一种新型自适应-滑模变结构控制器.为应对控制力矩抖振和系统参数鲁棒性差等缺点,引入新型滑模边界层和力矩更新率.最后,提出了将混合分力合成方法与姿态控制相结合的策略.借助压电智能材料实现两者的联合应用.仿真结果表明,改进的滑模变结构控制器可有效降低参数变动及外干扰影响,结合混合分力合成方法后,柔性附件残余振动得到了明显的控制,进一步提高了姿态精度.     

柔性物料提升机不确定鲁棒控制及振动抑制

以柔性臂式物料提升机为对象,研究了其惯性参数不确定情况下的鲁棒位置控制和柔性振动主动抑制.利用拉格朗日-假设模态法建立其刚柔耦合模型,针对刚柔耦合系统强非线性的特点,基于奇异摄动法,将系统降阶为快、慢双时间尺度子系统,快变子系统表征机械臂柔性振动,采用最优控制主动抑制;慢变子系统表征机械臂刚性运动,考虑到提升机末端负载变化会给系统参数带来不确定性,采用非奇异终端神经滑模控制.计算结果表明:所设计控制器不仅能保证柔性臂式物料提升机位置的精确控制,对末端负载变化有较强的鲁棒性,而且能实现对柔性振动的快速抑制.