基于人工免疫克隆算法的压电悬臂梁振动主动控制的研究

论文摘要

任何一个工程结构受到动态激励和干扰时,都会产生振动。振动不仅会降低机械系统的性能,而且会危害人类健康,强烈而持续的振动甚至有时会对工程结构带来毁灭性的破坏,而振动主动控制由于效果好、适应性强等潜在的优越性,正越来越受到人们的重视。目前在对振动主动控制采用的各种控制算法中,都需要对振动方程的各个参数进行准确的计算才能得到好的控制效果,但在实际中这些参数的精确值很难计算,一般都是进行估计和假设,因此控制效果并不能令人满意。针对这些现状,本文设计了基于周期变异免疫克隆优化的压电悬臂梁控制算法。该算法避免了精确计算系统参数的繁琐工作,改进了悬臂梁主动抑振的控制方法,实现了悬臂梁主动抑振自学习控制。本文首先对压电悬臂梁进行力学分析,分析了对梁的振动影响最大的就是其前三阶模态;然后根据梁振动的特点提出了一种新的周期变异概率的免疫克隆算法,该算法具有更高的收敛速度,能够更有效地克服早熟现象,更好地解决类似高维函数优化等复杂问题,并且适合用于控制系统中控制策略的优化:其次将这种算法运用到了压电智能悬臂梁的控制模型中,对整个系统进行了仿真实验,仿真实验表明提出的算法收敛速度高、控制效果好,并且能够通过学习自动调整控制参数,使用方便:最后构建了压电智能悬臂梁的实验系统,该系统充分验证了基于动态变异概率人工免疫算法的智能梁的控制是完全可行的,其控制效果要明显优于普通PID控制的效果,实现了系统PID参数自调节控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 振动主动控制方法与研究的应用现状
• 1.2.2 人工免疫算法与研究的应用现状
• 1.3 论文研究内容与结构安排
• 1.3.1 论文研究内容
• 1.3.2 论文结构安排
• 2 压电悬臂梁的力学分析
• 2.1 悬臂梁的力学分析
• 2.1.1 悬臂梁的变形
• 2.1.2 悬臂梁的自由振动
• 2.2 压电陶瓷的力学分析
• 2.2.1 压电效应理论与压电元件的特性
• 2.2.2 智能材料结构介绍
• 2.3 本章小结
• 3 人工免疫控制算法
• 3.1 人工免疫算法的概述
• 3.2 免疫系统简介
• 3.2.1 免疫系统的定义与分类
• 3.2.2 免疫系统的特点
• 3.2.3 免疫系统的解剖结构
• 3.2.4 免疫细胞
• 3.2.5 抗原与抗体
• 3.2.6 免疫系统中的几个术语
• 3.2.7 亲和力
• 3.3 免疫系统的工作原理
• 3.3.1 免疫逻辑的自身、非自身区别
• 3.3.2 细胞指令系统
• 3.3.3 免疫系统工作过程
• 3.4 周期变异概率的免疫克隆算法
• 3.4.1 概述
• 3.4.2 算法定义
• 3.4.3 算法流程描述
• 3.4.4 算法性能测试
• 3.5 本章小结
• 4 基于人工免疫算法的压电悬臂梁主动控制
• 4.1 概述
• 4.2 控制系统简介
• 4.2.1 信息及信息的传递
• 4.2.2 反馈及反馈控制
• 4.2.3 系统及控制系统
• 4.3 PID控制的原理和特点
• 4.4 压电智能悬臂梁的控制模型分析
• 4.5 压电悬臂梁的周期变异免疫克隆控制算法
• 4.6 数值仿真实验结果与分析
• 4.7 本章小结
• 5 实验
• 5.1 概述
• 5.2 实验系统
• 5.3 实验程序与结果
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文