一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于梁結(jié)構(gòu)振顫主動控制領(lǐng)域，涉及一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法。振顫主動控制方法根據(jù)大量的仿真實(shí)驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整原則，建立模糊控制規(guī)則。采用基于遺傳算法的模糊自整定分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器，利用遺傳算法對5個(gè)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化處理；采用實(shí)數(shù)編碼方式對分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制器初始參數(shù)進(jìn)行編碼處理，并確定各參數(shù)的取值范圍。本發(fā)明采用壓電復(fù)合纖維材料作為致動器，具有良好的柔順性和機(jī)械加工性能，靈敏度高，可應(yīng)用于曲面結(jié)構(gòu)。充分發(fā)揮分?jǐn)?shù)階PIλDμ控制的記憶性、準(zhǔn)確性與模糊控制的靈活性、魯棒性等優(yōu)點(diǎn)，從而獲得最佳的控制效果。
【專利說明】一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于梁結(jié)構(gòu)振顫主動控制領(lǐng)域，涉及一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)翼是飛機(jī)的主要承力構(gòu)件，在翼翅結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的輕量化一直是設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)之一。為了減輕結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，提高運(yùn)載工具的效率，大型化、低剛度與柔性化已成為各類翼翅結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。然而柔性空間結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、阻尼小、剛度低等特點(diǎn)，一旦受到外界激勵的影響，如飛行時(shí)渦流的影響，勢必產(chǎn)生大幅度的振顫并且振顫會持續(xù)較長的時(shí)間，使翼翅結(jié)構(gòu)的顫振特性和動態(tài)特性變差。這會導(dǎo)致疲勞損傷，降低了尾翼和機(jī)翼的使用壽命，極大地增加了飛機(jī)的維護(hù)費(fèi)用；同時(shí)導(dǎo)致飛行器總體性能下降，以至于產(chǎn)生非常嚴(yán)重甚至是災(zāi)難性的后果。所以對飛行器翼翅結(jié)構(gòu)的振顫進(jìn)行主動控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。
[0003]近年來，國內(nèi)外的一些學(xué)者在柔性結(jié)構(gòu)振顫主動控制領(lǐng)域取得了長足的進(jìn)展。從柔性結(jié)構(gòu)的振顫特性分析、致動器位置的優(yōu)化配置、智能算法優(yōu)勢結(jié)合以及參數(shù)尋優(yōu)等方面進(jìn)行了一系列的研究試驗(yàn)和發(fā)明創(chuàng)造，但在動態(tài)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)、表征和控制能力等方面上還存在不足；另一方面，傳統(tǒng)的壓電材料如PZT等，由于其能量密度不高，質(zhì)脆易斷裂，且易受環(huán)境因素影響，所以不易用于像翼翅等復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，壓電復(fù)合纖維材料(MacroFiber Composite-MFC)的出現(xiàn)為此類問題提供了解決辦法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)在動態(tài)系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)、表征和控制能力方面的不足，發(fā)明一種柔性懸臂梁結(jié)`構(gòu)的振顫主動控制方法。該方法以柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)為被控對象，采用條狀壓電復(fù)合纖維材料作為致動器，激光位移傳感器作為反饋元件構(gòu)建的柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)振顫主動控制裝置。采用一種基于遺傳算法的模糊自整定分?jǐn)?shù)階PIaDu控制器，簡記為GFFPID。該控制器以分?jǐn)?shù)階PIaDu為控制策略，采用遺傳算法對五個(gè)控制參數(shù)Kp，KiiKd, λ，μ進(jìn)行優(yōu)化處理獲得控制器初始參數(shù)K' P，K' i，K' ?, ，μ'，采用模糊規(guī)則再對參數(shù)K' P、K' pK' d進(jìn)行實(shí)時(shí)在線整定，獲得最佳的顫振主動控制效果。本發(fā)明采用壓電復(fù)合纖維材料作為致動器，具有良好的柔順性和機(jī)械加工性能，靈敏度高，可應(yīng)用于曲面結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法，其特征是，振顫主動控制方法采用基于遺傳算法的模糊自整定分?jǐn)?shù)階PIaDu控制器，通過以下方式實(shí)現(xiàn):
[0006]a)根據(jù)大量的仿真實(shí)驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整原則，建立Kp，Ki, Kd的模糊控制
[0007]規(guī)則，則可得到控制器實(shí)際控制參數(shù)為:
[0008]KpGO=K' p+AKp(k) (I)[0009]KiGO=K' i+ Δ Ki (k) (2)
[0010]Kd(k)=r d+AKd(k) (3)
[0011]λ (k) = λ 1 (4)
[0012]μ (k) = μ ' (5)
[0013]其中，Kp-比例系數(shù)，K1-積分系數(shù)，Kd-微分系數(shù)，λ -積分階次，μ -微分階次；K' P，K, i，K, d，λ '，μ '分別是上述控制參數(shù)的初始參數(shù)；Λκρ、ΛK1、
K1、Kd的增量；
[0014]b)利用遺傳算法對上述5個(gè)參數(shù)Kp，Ki，Kd，λ，μ進(jìn)行優(yōu)化處理，采用實(shí)數(shù)編碼方式對分?jǐn)?shù)階PIaDu控制器初始參數(shù)K' P，K' yK' d，A'，μ'進(jìn)行編碼處理，并確定各參數(shù)的取值范圍，根據(jù)懸臂梁系統(tǒng)振顫特點(diǎn)，選用式(6)作為參數(shù)選取的最優(yōu)指標(biāo)，從而確定上述5個(gè)參數(shù)的最優(yōu)初始值；
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法，其特征在于:振顫主動控制方法采用基于遺傳算法的模糊自整定分?jǐn)?shù)階PIaDu控制器，通過以下方式實(shí)現(xiàn): a)根據(jù)大量的仿真實(shí)驗(yàn)和參數(shù)調(diào)整原則，建立Kp，Ki,Kd的模糊控制規(guī)則，則可得到控制器實(shí)際控制參數(shù)為: KpGO=K' p+AKp(k) (1) KiGO=K' ^AKi (k) (2) Kd(k)=r d+AKd(k) (3) λ (k) = λ , (4) μ (k) = μ ' (5) 其中，Kp-比例系數(shù)，K1-積分系數(shù)，Kd-微分系數(shù)，λ -積分階次，μ -微分階次；K' ρ,K' i，K' d，λ '，μ '分別是上述控制參數(shù)的初始參數(shù)；ΛΚρ、ΛΚρ八1((1分別為1(1)、1^、1((1的增量； b)利用遺傳算法對5個(gè)參數(shù)Kp，Ki,Kd，λ，μ進(jìn)行優(yōu)化處理，采用實(shí)數(shù)編碼方式對分?jǐn)?shù)階PIaDu控制器初始參數(shù)K' p，K' yK' d，A'，μ'進(jìn)行編碼處理，并確定各參數(shù)的取值范圍，根據(jù)懸臂梁系統(tǒng)振顫特點(diǎn)，選用式(6)作為參數(shù)選取的最優(yōu)指標(biāo)，從而確定上述5個(gè)參數(shù)的最優(yōu)初始值；

2.如權(quán)利要求1所述的一種柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)的振顫主動控制方法，其特征在于:振顫主動控制方法中，以PC機(jī)(4)作為控制器，采用條狀壓電復(fù)合纖維材料作為致動器(2)，并進(jìn)行壓電元件位置優(yōu)化配置，即適當(dāng)配置致動器2的數(shù)目和位置后，將致動器(2)通過雙液型環(huán)氧樹脂膠粘劑粘貼在柔性懸臂梁(I)的表面上，粘貼位置為懸臂梁模態(tài)應(yīng)變最大處；使用非接觸式的激光位移傳感器(3)作為反饋元件，測量柔性懸臂梁(I)自由端的位移信號，激光位移傳感器(3)將采集到的懸臂梁(I)位移信號傳送到控制器(4)，控制器(4)動作產(chǎn)生控制信號，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器(5)轉(zhuǎn)換成模擬信號，再通過電壓放大器(6)作用于致動器(2)，致動器(2)產(chǎn)生張力來控制懸臂梁(I)的振顫。
【文檔編號】G06N3/12GK103869702SQ201410093686
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月13日
【發(fā)明者】盛賢君, 鐘聲, 楊睿, 張鳳云 申請人:大連理工大學(xué)