基于子空间辨识的压电悬臂梁振动控制研究-论文.pdf

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1、2014年7月15日现代电子技术Ju1．2014第37卷第14期ModernElectronicsTechniqueV01．37No．14基于子空问辨识的压电悬臂梁振动控制研究缑新科，李冬冬，陈卓，王能才(兰州理工大学电气工程与信息工程学院，甘肃兰州730050)摘要：针对柔性结构的振动普遍存在复杂性、非线性和建模难的特点，跳过了复杂的机械．电压建模，基于子空间系统辨识方法的基本算法和特点，设计出抑制悬臂梁振动的一种最优控制器，并在算法实现、算法性能方面进行了仿真和实时控制实验。实验结果表明，算法在提高系统辨识精度，降低计算量等方面都有显著提高，控制效果比较理想。关键字：压电悬臂梁；振动主动控

2、制；子空间辨识；LQG控制器中图分类号：TN911-34；TP273文献标识码：A文章编号：1004—373X(2014)14—0001．04StudyOilvibrationcontrolofpiezoelectriccantileverbeambasedOilsubspaceidentificati0nGOUXin—ke，LIDong—dong，CHENZhuo，WANGNeng-cai(CollegeofElectricalandInformationEngineering，LanzhouUniversityofTechnology，Lanzhou730050，China)Abstrac

3、t：Asthevibrationoftheflexiblestructureisgenerallynon—linear，complex，anddificulttomodel，anoptimalcontrollertosuppressthevibrationofthecantileverbeamwasdesignedbasedonthebasicalgorithmandcharacteristicsofsub—spacesystemidentificationmethod，insteadofthecomplexmechanical—voltagemodeling．Thesimulationand

4、real-timecontrolex—perimentswereca~iedoutintheaspectsofimplementationandalgorithmperformance．Theexperimentalresultsshowthatthealgorithmhassignificantimprovementsinimprovingtheaccuracyofsystemsidentification，reducingtheamountofcalculation，andenhancingthecontroleffect．Keywords：piezoelectriccantileverb

5、eam；activevibrationcontrol；subspaceidentification；LQGcontroller因此运算速度较快，也保证了数值的鲁棒性。0引言本文采用子空间辨识算法对压电悬臂梁振动系统柔性材料在于扰下易于发生不必要的振动，以压电进行建模，并将模型辨识与控制器设计统一起来考虑，材料作为传感器和执行器的压电智能结构振动主动控从而跳过系统模型参数的估计，直接运用RQ分解的方制技术是当前振动工程研究的热点之一。法得出Kalman滤波状态，进而设计出线性二次型高斯振动主动控制的研究主要集中为系统建模、控制律最优控制器。设计两方面。系统建模的方法主要有机理建模和实验1压电悬臂

6、梁结构建模。机理建模是指通过有限元方法建立结构的数学模型，其能够给出结构的基本模态形式，但是计算量大，压电悬臂梁的结构图如图1所示，其中悬臂梁采用杨氏模量为135GPa，密度2．7g／cm的金属梁，一端固而且对于大型复杂结构而言，很难进行在线调整。系统辨识建模是用观测系统的输入／输出数据来建立系统定在支架上，梁长350mm，宽20mm，厚2mm。采用6片压电聚合物(PVDF)薄膜作为传感／驱动元件，分别数学模型的一种方法，可分为频域辨识和时域辨识。粘贴于悬臂梁的上下两侧。子空间辨识就是时域系统辨识方法中很有代表性使用ABAQUS软件对悬臂梁进行有限元建模模态的一种新算法，由于子空间方法在辨识中

7、对模型结构先分析，得到如图2所示的悬臂梁前二阶振型曲线，图2(a)验知识需求较少，不需要参数化。而且算法的实现仅所示为一阶振型，其频率为=11．4Hz；图2(b)为二阶依赖于一些简单可靠的线性代数工具，需要迭代优化，振型，频率：69．5Hz。从图中可以看出，悬臂梁振动特性中起到主要作用的是其振型中的一阶模态。一阶收稿日期：2014—03．10基金项目：国家自然科学基金资助项目(51165024)振