非惯性系下旋转压电层合悬臂梁的动力学建模及控制.pdf

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1、第32卷第3期陕西科技大学学报Vo1．32No．32014年6月JournalofShaanxiUniversityofScience&TechnologyJun．20l4文章编号：1000—5811(2014)03～0143—05非惯性系下旋转压电层合悬臂梁的动力学建模及控制张娟，舒亚锋，刘自强，白斌，杨未柱(西北工业大学力学与土木建筑学院，陕西西安710129)摘要：以压电陶瓷一金属一压电陶瓷对称结构旋转压电层合悬臂梁(RPLCB)为研究对象，在大范围运动规律已知，基于Hamilton原理和有限元法，建立了该层合梁的离散非线性动

2、力学模型．通过动力学数值仿真，给出了该梁末端的响应规律；然后基于建立的动力学模型，利用逆动力学控制方法对梁末端位移响应进行开环主动控制，通过仿真计算，在时域上，得到了0．5倍梁末端横向位移振幅下的预想控制电压，回代动力学方程，得到施加控制电压后梁末端位移响应，与预想结果误差为3．3，从而证明了该逆动力学控制方法的有效性．另外，这种省去压电传感器，平铺压电层的柔性梁结构，为工程应用提供了一种参考方案．关键词：RPLCB模型；动力学方程；逆动力学；控制电压中图法分类号：Z2014118文献标识码：ADynamicmodelingandc

3、ontrolofrotatingpiezoelectriclaminatedcantileverbeaminn0n-inertialrefeFenceframeZHANGJuan，SHUYa—feng，LIUZi—qiang，BaiBin，YANGWei—zhu(SchoolofMechanicsandCivil．＆Architecture，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xian710129，China)Abstract：Therotatingpiezoelectriclaminatedbe

4、amswithpiezoelectricceramics—metal—piezoe—lectricceramicssymmetricstructureisstudiedinthispaper．BasedonHamiltonprincipleandfinitemethod，thediscretenon—lineardynamicequationsofthebeamarededuced，whenthelarge—scalerotationmovementisknown．Dynamicssimulationresultstestandve

5、rifythecor—rectnessofthemode1．Andthenanopen—loopactivecontrolmethodiSestablishedbasedonthedynamicmodelbyusinginversedynamicscontrolmethod．Throughsimulation，theex—pectedcontrolvoltageisobtainedwhenthelateraldisplacementamplitudeoftheendpointofthebeamisdecreasedto0．5time

6、s．Afterexpectedcontrolvoltageisbroughtintokinetice—quation，thecalculatederroroftheobtainedactuallateraldisplacementattheendofthebeamandtheexpectedresultsis3．3．Therefore，thefeasibilityoftheinversedynamicscontrolmethodisproved．Andthistilingpiezoelectriclaminatedlayerbeam

7、structurewithout收稿日期：2014-01-27基金项目：国家自然科学基金项目(NSFC11172234)；西北工业大学基础研究基金项目(JC20110256)；西北工业大学研究生创业种子基金项目(22014118)作者简介：张娟(1973)，女，陕西杨凌人，副教授，博士，研究方向：多体系统动力学、航天器动力学·144·陕西科技大学学报第32卷piezoelectricsensorsisatypeofreferencesolutionforengineeringapplications．Keywords：RPCIBmo

8、del；dynamicequations；inversedynamics；controlvoltage0引言旋转柔性悬臂梁的动力学建模和振动控制在航天器、机器人及高速旋转机构等工程领域具有独特的理论和应用价值．很多工程结构可以理想化为