【摘 要】
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为减小载荷和降低成本,飞行器的翅翼设计大多采用低刚度、柔性化的轻质材料,但是随着飞行速度和机动性能的提高,翅翼所受载荷却在不断增大,致使翅翼结构的弯曲刚度和扭转刚度越来
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为减小载荷和降低成本,飞行器的翅翼设计大多采用低刚度、柔性化的轻质材料,但是随着飞行速度和机动性能的提高,翅翼所受载荷却在不断增大,致使翅翼结构的弯曲刚度和扭转刚度越来越难以保证,这些均将引起翅翼结构在飞行中变形增加,高速飞行时,很小的变形就可能引起严重的振动问题。基于上述情况,本文以柔性悬臂梁结构为被控对象,设计了基于压电材料的悬臂梁结构振动主动控制实验,主要研究内容如下: ⑴在深入学习基于压电材料的智能主动控制基本理论的基础上,建立了悬臂梁结构的振动模型,并结合结构特点,分别设计了常规PID控制器、模糊自整定PID控制器以及基于遗传算法的模糊自整定分数阶PIλDμ控制器,通过MATLAB仿真实验研究,分析了以上控制方法各自的性能和特点。 ⑵为了验证上述仿真实验的准确性,设计了基于LabVIEW的悬臂梁振动主动控制硬件实验平台,硬件实验以PC机为控制核心,采用条状复合压电纤维(Macro Fiber Composite-MFC)材料作为致动器,激光位移传感器作为反馈元件构建的振动主动控制装置。激光位移传感器将采集到的悬臂梁位移信号传送到控制器,控制器动作产生控制信号,经驱动系统产生电压信号作用于MFC致动器,MFC致动器产生张力,来控制悬臂梁的振动。 ⑶软件平台采用LabVIEW模块化语言分别设计了激振模块、算法模块和模拟信号输出模块;在信号采集部分,通过C++编程封装了DLL形式的底层串口通讯协议,激光位移传感器通过串口RS-485直接与计算机进行通讯;另外,设计了人机交互系统,使得硬件实验更为清晰,便利。 ⑷实验结果表明:复合压电纤维材料作为致动器,具有良好的柔顺性,且灵敏度高,适合用于梁结构的振动主动控制;控制策略上采用分数阶PIλDμ控制器,分数阶微积分算子以加权的形式考虑了控制器在一定范围内的整体信息,具有记忆性,5个可调参数使控制更细腻、精准,可以更准确地表达控制器的动态执行能力;采用模糊控制理论中的推理方法实现分数阶PIλDμ控制器参数在线整定,这种复合控制方法把分数阶PIλDμ控制器的记忆性、准确性与模糊控制器的灵活性以及鲁棒性融为一体,实现了优势互补,从而获得了良好的控制效果。
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