压电智能应用于柔性悬臂梁振动控制系统研究

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1、压电智能应用于柔性悬臂梁振动控制系统研究摘要：基于模糊控制的振动控制方法，针对柔性悬臂梁，设计了相应振动控制器。采用电桥电路法分离出压电自感知执行器的感知信号，通过传感器将采集进来的信号，由最优控制理论离线计算得到理论输出值。并将理论输出值与对应的系统输入值对应起来，从而建立拥有最优解的模糊控制规则表。通过传感器采集系统状态并经过处理得到输出信号，作用于执行器上对柔性梁的振动进行抑制。仿真结果表明，采用的控制器对于改善振动快速控制是非常有效的。关键字：模糊控制；最优控制；振动控制；悬臂梁中图分类号：TN911?34；TP13文献标识码：A文章

2、编号：1004?373X（2014）14?0005?03StudyonpiezoelectricintelligenceappliedtovibrationcontrolsystemforflexiblecantileverbeamYANGhong?bin（SchoolofEnergyandEngineering，YulinUniversity，Yulin719000，China）Abstract：Basedonthevibrationcontrolmethodsoffuzzycontrol，acorrespondingvibration10

3、controllerwasdesignedforflexiblecantileverbeams.Bridgecircuitmethodisadoptedtoseparatethesensingsignalfrompiezoelectricself?sensingactuator.Signalscollectedbysensorsarecalculatedbymeansoftheoptimalcontroltheorytogettheoreticaloutputvalues，andmakeitcorrespondwiththerelatedsy

4、steminputvalue，soastomakeafuzzycontrolregulationtablewithoptimalsolution.Thesystemworkingconditioniscollectedwithsensorsandprocessedtogetoutputsignalforsuppressingeffectonthevibrationoftheflexiblebeam.Thesimulationresultsshowthatthecontrollerisveryeffectiveforimprovingthera

5、pidcontrolofvibration.Keywords：fuzzycontrol；optimalcontrol；vibrationcontrol；cantileverbeam0引言10从近代航空航天领域的研究现状和工、农业生的科技发展来看，对柔性结构的振动已经逐步深入到社会生产、研究的各个领域中，随着微处理器和主动控制理论的发展也大大促进了对振动控制效果，越来越多的新兴控制理论出现在人们的视野中。同时，新型材料的发展对振动控制精度起到了非常重要的推进作用。在众多研究学者的不断努力中，振动主动控制现今也取得比较显著的发展。1系统模型1.1

6、新型智能压电材料的物理模型新型智能压电材料具有体积小、重量轻等众多优点，因此广泛应用于振动主动控制的研究中。通过将智能压电材料融入到电桥中，进行对信号进行的分离，从而获得在外力作用下的感应电压。采用电桥电路进行信号分离，如图1所示，图中[Um]为曲线所框的智能压电材料受到应力时所产生的电压，[Rr]为参考电阻，[R1，R2]为串联电阻[Uc]为控制电压。图1压电自感知执行器电桥电路通过此方法得到输出电压：[Us=（RpR1+Rp-RrR2+Rr）Uc-RpR1+RpUm]（1）桥平衡条件为[R1Rr=R2Rp]，此时Us正比于Um，即：[Us

7、=-RpR1+RpUm]（2）1.2柔性梁的物理模型通过对柔性梁的物理模型进行研究，从而进一步分析智能压电结构应用于柔性梁的主动控制当中，柔性梁的物理模型如图2所示，柔性梁的参数如表1所示。10图2压电智能悬臂梁的结构示意图表1柔性梁的参数智能压电材料参数如表2所示。表2智能压电材料的参数假设梁上粘贴有m个自感知执行器，且位置分布在梁的下侧。根据振动理论，Euler?Bernoulli梁的横向振动的偏微分方程为[2]：[EI?4ω（x，t）?x4+ρs?2ω（x，t）?t2=F（x，t）]（3）式中：挠度[ω（x，t）]分解为与x有关的模态函

8、数[φ（x）]和模态坐标[q（t）]，[n]为截断选取的模态数，有：[ω（x，t）=i=1nφi（x）qi（t）=ΦT（x）q（t）]（4）引入：[Φ（x）={φ1