柔性结构的载荷识别

作为动力学逆问题的载荷识别一直是科技与工程领域关注的课题。选择柔性悬臂梁为对象,开展载荷识别与主动控制问题的研究,给出一种基于变结构控制算法的载荷识别方法和控制律的设计方法。研究结果显示,所给方法能够有效地辨识出结构所受到的外部载荷,变结构控制律能够有效地抑制梁的弹性振动。     

空间范数在压电柔性结构振动控制中的应用研究

在空间范数定义的基础上,推导出了结构模态空间范数的计算公式。考虑压电柔性结构振动控制中作动器分布对结构建模与控制性能的影响,利用模态空间范数度量各个模态对结构动力响应的贡献,并对结构进行了模态选择与模型降阶。利用所建立的降阶模型,设计了一个对受外部干扰结构进行振动抑制的动态输出反馈;     

压电陶瓷片迟滞补偿建模及悬臂梁主动控制研究

为增强压电悬臂梁振动控制效果,提出一种基于最小二乘法的逆迟滞补偿控制算法。在不同电压下对压电陶瓷片位移进行实测,应用最小二乘法对其迟滞环进行多项式拟合建模,并利用压电片逆迟滞补偿模型对控制电压进行补偿。通过悬臂梁振动主动控制试验系统研究PID控制器在有、无逆迟滞补偿时的控制效果。结果表明:经过PID逆迟滞补偿后的主动控制效果比传统PID提高10.083%。因此,该逆迟滞补偿方法能够有效增强压电陶瓷片的主动控制效果,对于压电悬臂梁振动主动控制具有重要参考价值。     

压电智能结构的一种模态控制新方法

提出了一个用于压电智能结构振动控制的模态控制方法。就智能梁给出了压电模态传感器与压电模态致动器的新设计方法以及相应的模态控制方法，并对相应的观测溢出与控制溢出问题进行了分析，给出了抑制这些溢出的措施。     

史密斯预估补偿控制与PID控制的比较研究

比较了两种工业过程控制中的控制器,PID控制器和史密斯预估补偿控制器.介绍了四种PID参数的整定方法,分别为试凑法确定PID调节参数、Ziegler-Nichols参数整定方法、最优PID整定算法、运用Matlab/simulink中的NCD Outport(非线性控制设计输出端口模块)模块对PID参数进行最优整定.史密斯预估补偿控制器主要用于工业控制中的大延时系统控制,以提高系统的阶跃响应性能.在理论上,史密斯预估补偿控制器提供了一个有效的方法来提高控制效果.运用Matlab/Simulink仿真方案对前述两种控制方法进行了仿真比较,结果表明,在有较大延时情况下,史密斯预估补偿控制能获得比PID控制更好的结果.     

可消除控制溢出的柔性结构建模新方法

本文利用柔性结构固有振动的不可控及不可观性，建立其低阶集中参数模型，可有效防止柔性结构系统振动控制中的溢出不稳定。     

柔性机械臂建模及动力学特性分析

以仿人手臂的三旋转关节刚柔耦合机械臂为研究对象,对柔性部分建立理论模型并分析其动态特性。为了提高模型精确度,利用有限段方法分析研究不同边界条件下柔性臂各阶固有频率及振型函数,通过假设模态法和汉密尔顿原理,考虑重力,建立机械臂柔性部分动力学模型。引入角度轨迹,在Matlab中利用四阶Runge-Kutta法求解非线性时变微分方程组,获得柔性臂末端负载的残余振动。为实现柔性机械臂模型的进一步精确化和主动残余振动控制提供参考。     

基于多模输入整形的柔性关节振动抑制研究

针对常规输入整形技术应用于具有非线性和时变特性的系统时振动抑制效果明显降低的局限性,提出多模Jerk-Limited输入整形算法。该方法通过引入振动频率在线辨识算法和设计延时补偿算法,提高输入整形算法的鲁棒性,并在不降低多模输入整形算法效果的基础上,减小输入整形引入的延时。结果表明：基于柔性关节的伺服系统仿真模型,多模输入整形算法对柔性系统的振动抑制程度可达90%左右,且延时时间降低87%左右。     

基于预测函数控制算法的柔性结构振动抑制研究

将系统离散化的状态空间方程作为预测模型,设计基于预测函数控制算法的柔性悬臂梁振动控制系统。预测函数控制算法减小系统的在线计算量,提高系统的实时响应能力。使用Matlab对振动控制系统进行仿真,结果表明该算法能够很好地抑制柔性悬臂梁的振动。     

基于遗传算法的不确定压电柔性结构H_2/H_∞混合振动控制

无穷范数和2-范数是优化控制理论的两个重要系统性能指标。前者考虑可能发生振动的最坏情况,过于保守;后者考虑系统的综合性能,未考虑共振情况;将两种指标结合起来将会同时兼顾鲁棒稳定性和系统时域性能。该文考虑不确定压电柔性结构模态参数的不确定性及模型误差,建立了结构模态空间的线性分式模型,给出了一种基于遗传算法的结构混合动态输出反馈振动控制器设计方法。首先通过线性矩阵不等式得到了多个无穷范数性能指标下的控制器,然后通过遗传算法对所得到的控制器进行了系统2-范数性能优化,设计了兼顾鲁棒性和系统时域性能要求的混合动态输出反馈控制器。     

考虑外部阻抗的压电叠层作动器机电耦合模型

压电叠层作动器在结构振动控制及其它场合表现出良好应用前景,建立能够反映其物理本质的数学模型非常重要。以压电材料的本构关系以及杆的纵向振动方程为基础,考虑外部阻抗的影响,推导了短路机械阻抗、电阻抗以及转换系数的表达式,并构造了转换方程,从而建立了能够描述压电叠层作动器与主体结构之间机电耦合特性的阻抗模型。理论分析和数值模拟结果表明外部阻抗对这些参数有重要影响：当两端的外部阻抗完全相同时,作动器的电阻抗和转换系数有最高的共振频率,作动器可看成两个具有固定-自由边界条件的作动器的串联。其它情况下则均有不同程度的降低。因此,为实现更好的控制效果需要考虑阻抗匹配问题。     

基于音圈作动器的大型柔性结构振动主动控制

大型环形柔性结构作为卫星天线的典型结构,由于其显著增大的天线口径有效提高了通信精确度,而使重量仅微小增加,已经成为大口径卫星天线的主流结构。同时它具有固有频率极低、阻尼弱、刚度小等缺点,低频、长时间的模态响应很容易被激起。因此,大型环形柔性结构的振动控制变得尤为重要。针对大型环形柔性结构振动问题,提出一种基于激光位移传感器、音圈作动器和PD-fuzzy控制算法的振动主动控制方法。其中,激光位移传感器能够测量的最小位移为0.01 mm,音圈作动器输出位移和力,基于激光位移传感器的反馈信号运用PD-fuzzy控制算法控制音圈作动器。建立大型环形柔性结构的有限元模型并分析其特性,同时构建试验验证系统。结果表明,该振动主动控制方法性能良好,能够控制大型环形柔性结构的超低频振动,而不会产生附加刚度。     

压电陶瓷微位移系统的变参数PID闭环控制方法

针对压电陶瓷器件在精密定位控制中存在的迟滞、蠕变和位移非线性等不足,本文采用压电陶瓷直接粘贴应变片组成测量电桥作为位置反馈环节,设计了带上下限位的变参数PID闭环控制微位移系统,达到了预期的控制精度和效果.     

压电陶瓷致动器的动态控制模型及逻辑规则控制

提出了一种新的压电陶瓷致动器的动态控制模型．该控制模型建立在泛布尔代数理论基础上;它依赖于压电陶瓷的控制经验．通过一系列控制规则,采用泛布尔代数的符号进行控制模型的表述．在所建模型基础上,结合PID控制器对压电陶瓷进行了Rule＋PI控制的离线仿真研究;仿真结果表明,该控制模型结构简单,控制方便,易于实现．     

Piezoelectric Biomaterials for Sensors and Actuators

Recent advances in materials, manufacturing, biotechnology, and microelectromechanical systems (MEMS) have fostered many exciting biosensors and bioactuators that are based on biocompatible piezoelectric materials. These biodevices can be safely integrated with biological systems for applications such as sensing biological forces, stimulating tissue growth and healing, as well as diagnosing medical problems. Herein, the principles, applications, future opportunities, and challenges of piezoelectric biomaterials for medical uses are reviewed thoroughly. Modern piezoelectric biosensors/bioactuators are developed with new materials and advanced methods in microfabrication/encapsulation to avoid the toxicity of conventional lead‐based piezoelectric materials. Intriguingly, some piezoelectric materials are biodegradable in nature, which eliminates the need for invasive implant extraction. Together, these advancements in the field of piezoelectric materials and microsystems can spark a new age in the field of medicine.     

压电智能悬臂梁神经网络预测控制

对表面粘贴压电元件的压电智能悬臂梁进行有限元建模和分析,获取了结构的动力响应数据。根据神经网络的非线性逼近能力,用动态递归神经网络对压电振动系统进行了系统辨识,建立了系统的预测模型。以此预测模型来代替传统广义预测控制算法中的受控自回归积分滑动平均模型,对压电智能悬臂梁进行振动主动控制的研究,并优化了控制系统参数。对一单输入单输出压电智能悬臂梁系统进行了仿真分析,控制效果良好,为智能算法在智能结构中应用有一定的指导意义。     

振动控制传感器／作动器的数目和位置优化设计

提出一种确定传感器、作动器的数目和优化设计传感器、作动器位置的方法。以独立模态最优控制方法为基础,将模态控制力、作动器作动力和传感器测量的信号处理为随机变量,分别建立了模态控制力能量、作动器作动力能量的自相关矩阵的测量信号的能量自相关矩阵。进一步通过作动力能量的自相关矩阵的和测量信号的能量自相关矩阵包含的能量分别确定了作动器和传感器的数目。在此基础上,建立了基于控制系统作动力消耗能量最小和传感器测量信号能量最大,分别设计了控制系统的作动器和传感器的最优位置。通过数值算例证明了该方法的有效性。     

压电驱动器的非对称迟滞模型

为了补偿压电驱动器的非对称迟滞,提出了改进型Maxwell迟滞模型.Goldfarb提出的经典Maxwell迟滞模型由多个基础单元并联叠加而成,其基础单元为单个弹簧-物块单元,迟滞特性为平行四边形,故只能描述对称迟滞.为了能描述压电驱动器非对称迟滞,提出了基础单元迟滞特性为梯形的模型.为了简化算法程序,将梯形单元优化为两个三角形单元组合而成.为了验证该模型,以压电工作台为实验对象,运用该迟滞模型的逆模型进行迟滞补偿控制.单独的迟滞逆模型前馈开环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差从7.37％降到了1.56％,输入输出基本呈线性关系.逆模型结合PID复合反馈闭环控制实验结果表明,位移跟踪相对误差进一步降低到0.53％,输入输出呈很好的线性关系.这表明本文所建立的迟滞模型能很好地描述压电驱动器非对称迟滞特性.     

拉索-磁致伸缩作动器系统PID控制仿真分析

拉索的大幅振动给斜拉桥安全运营带来威胁,利用磁致伸缩作动器施加轴向控制力抑制拉索横向振动是一种可行的方法。首先建立磁致伸缩作动器动力学模型,得到了该作动器力-位移传递函数,然后提出拉索-磁致伸缩作动器系统PID控制算法,根据拉索振动幅度大小通过调节PID控制参数,来施加轴向控制力,达到对拉索的控制效果。最后针对自由振动、简谐激励、随机激励三种情况用PID控制算法对拉索-磁致伸缩作动器系统进行了拉索控制效果仿真分析。研究表明,PID控制算法对拉索振动具有很好的控制效果。     

基于PI迟滞模型的压电驱动器自适应辨识与逆控制

压电陶瓷驱动器的迟滞非线性特性严重影响了其跟踪定位精度,甚至引起闭环系统失稳.本文采用经典PI模型描述压电驱动器的迟滞非线性,利用自适应投影算法对PI模型的权向量进行在线辨识,并与传统的最小二乘辨识方法进行比较.迟滞PI模型的优点是模型存在解析逆,因此本文对压电驱动器采用自适应逆跟踪控制,利用驱动器的输出位移与参考位移之差使用自适应投影算法在线辨识PI模型的权向量,并计算PI逆模型的权向量和阈值,最终得到要输入的电压值.最后实验结果表明自适应逆跟踪控制比传统的逆模型跟踪控制精度提高了49.8%.