基于PPF的柔性悬臂梁主动振动控制研究

论文摘要

随着空间技术的发展,大型的空间结构在航天领域得到了广泛的应用,成为空间技术研究的焦点。但是,现有的大型空间结构的模态频率一般都比较低、阻尼较小,因此在受到外界扰动后所需的振动衰减时间很长;而且这种空间结构大多数是基于分布式参数系统,即,高阶受控系统,具有很多振动模态,所以当以降阶模型为基础所设计的控制器作用于这些高阶受控系统时,将会产生溢出和引起闭环系统稳定裕度变小。由于已有的主动振动控制算法很难满足空间结构精确性的要求,本文采用PPF(Positive Position Feedback)控制算法对柔性悬臂梁进行研究。虽然以前所用到的直接速度反馈算法是无条件稳定的,但是它是一种理想化算法,在实际应用中受到很大限制,而PPF算法是非动态稳定的,且对溢出不敏感,同时此算法可以通过根轨迹中的谐振点或固有频率与特征根负实部的关系实现作动器参数的最优化设计。本文利用PPF这些优点,首先通过结构频率与特征方程根之间的关系进行最优化参数选取,得到最适合系统的作动器频率和增益,然后改变作动器的不同的频率值和增益的大小,证明最优化参数能够使振动衰减的振幅和时间都达到最小,从而对振动抑制起到很好的作用。本文还做了进一步的研究,将一阶模态扩展为高阶模态,通过仿真证明,将PPF算法应用于高阶模态系统中,仍然能都得到较理想的振动抑制效果,从而体现了PPF算法的优越性和实用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 振动概述
• 1.1.1 机械振动
• 1.1.2 振动的分类
• 1.2 主动振动控制
• 1.2.1 主动振动控制的任务
• 1.2.2 主动振动控制的分类
• 1.2.3 主动振动控制的内容
• 1.2.4 主动振动控制策略
• 1.3 主动振动控制技术的发展
• 1.4 本课题的研究内容
• 第二章 基于模态空间的控制技术
• 2.1 主动控制技术
• 2.1.1 基于模态控制的结构主动控制技术
• 2.1.2 鲁棒控制理论概述
• 2.1.3 H∞控制理论
• 2.1.4 PID控制理论及发展
• 2.2 模态空间问题
• 2.2.1 模态控制法
• 2.2.2 溢出问题的产生
• 2.2.3 观测溢出和控制溢出
• 2.3 本章小结
• 第三章 单模态梁的振动控制
• 3.1 基本实验结构及压电智能材料
• 3.2 直接速度反馈
• 3.2.1 直接速度反馈模型
• 3.2.2 直接速度反馈的稳定性分析
• 3.3 PPF模型及基本原理
• 3.4 PPF算法仿真及结果
• c 的选取'>3.4.1 参数ω_c的选取
• c 的选取'>3.4.2 参数ζ_c的选取
• 3.4.3 仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第四章 多模态振动控制
• 4.1 传感器、作动器的位置优化
• 4.2 多模态时梁的振动仿真
• 4.3 本章小结
• 第五章 论文总结与展望
• 5.1 论文总结
• 5.2 需要进一步完善的工作
• 5.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在读期间的研究成果