基于WSN的悬臂梁结构无线控制系统的设计和初步验证

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1、专业学位硕士学位论文基于WSN的悬臂梁结构无线控制系统的设计和初步验证DesignandInitialValidationofaWirelessControlSystemforCantileverBasedonWSN学31109008完成日期：2013．5大连理工大学DalianUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究

2、所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：作者签名：7翘．大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要目前，悬臂梁结构被广泛使用于土木结构中，但由于这些梁结构在受到外力作用时会产生持续的振动，严重影响结构的工作性能和服役时间。因此，对这类结构进行振动控制颇为重要。振动主动控制精度高，自适应调节能力强，在结构振动控制中被广泛应用。压电材料可以提供廉价可靠并且无损于结构的驱动和传感方式，在土木工程中有很多采用压电材料进行结构振动控制的研究。在传统的传感器实际应用中，要通过导线实现信息交互，使得系统成本增加，维护困难，设计也更加复杂。本文基于上

3、述因素，设计了一种无线控制系统并通过实验对其进行初步验证，该系统采用嵌入式技术和无线传感器技术，不仅能够有效对悬臂梁结构振动进行控制，而且体积小、功耗低、布线少、基本不会对土木结构造成任何损伤。本文工作内容包括：首先，在研究压电效应的原理基础上，通过实验获得了压电材料传感和执行的特性；其次，在熟悉结构振动控制理论的基础上，完成了本系统的算法设计；再次，对本文研究对象悬臂梁结构进行了建模分析；然后，基于无线传感器网络技术，搭建了悬臂梁无线控制系统，该系统包括悬臂梁、PVDF传感器、信号调理电路、A／D采集板卡、控制运算单元、D／A输出板卡、功率放大器、压电双晶片驱动器，以嵌入PD(比例微分)控

4、制算法的DSP作为核心控制运算单元，PVDF采集结构振动的参数，经单片机A／D转换后通过无线方式传给DSP，DSP通过控制算法计算输出控制值，并用D／A输出、功率放大器放大输出信号来驱动压电双晶片，达到控制结构振动的目的，上述系统实验结果表明，结构振动时间缩短为不加控制时的1／6，验证了该系统的可行性。最后，针对搭建的无线控制系统中间环节产生的延时问题，提出了有效的优化方案并进行相关仿真和实验。本研究所开发的无线控制系统，简单高效，可为实际工程借鉴，具有一定的实用价值。关键词：振动控制；无线传感器网络；无线控制系统；压电材料；PD控制算法基于WSN的悬臂梁结构无线控制系统的设计和初步验证大连

5、理工大学专业学位硕士学位论文DesignandInitialValidationofaWirelessControlSystemforCantileverBasedonWSNAbstractAtpresent，cantileverstructuresusedwidelyincivilstructurewouldgeneratecontinuousvibrationbyexternalforceduetotheirlowdampingcharacteristic，whichleadstoaseriousimpactontheworkingperformanceandservicetimeoft

6、hecantilever．Therefore，itisveryimportanttocontrolthevibrationofthesestructures．Theactivevibrationcontroliswidelyusedforitshighprecisionandstrongadaptiveability．Piezoelectricmaterialscanachievecheap，reliablebrakingandsensingmethodwhichislosslessofthestructure，thereforetheyhaveabroadapplicationspace．

7、Nowadays，therearemanyresearchesusingpiezoelectricmaterialsinthestructuralvibrationcontr01．Intraditionalsensorapplications．informationexchanges、航ththemonitoringcenteroracomputersystemthroughwires，sothatit’sd