本文關(guān)鍵詞：基于激光位移傳感器測(cè)量的柔性板振動(dòng)控制研究

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【摘要】：像太陽(yáng)能帆板、柔性機(jī)械臂和天線這類撓性結(jié)構(gòu)在空間領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用,但是,固有頻率較低且低頻模態(tài)振動(dòng)易被激起的特點(diǎn)限制了這類結(jié)構(gòu)的發(fā)展和應(yīng)用。尤其是像太陽(yáng)能帆板這類大型柔性結(jié)構(gòu),往往由多塊柔性板通過鉸鏈連接而成,這使得它的低頻模態(tài)密集,振動(dòng)時(shí)彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)相互耦合在一起,再加之太空無空氣阻力,一旦激勵(lì)振動(dòng),將持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)會(huì)對(duì)本體的正常運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重影響,因此,對(duì)這類柔性結(jié)構(gòu)的振動(dòng)進(jìn)行抑制就顯得尤為重要。采用激光位移傳感器和壓電陶瓷作為傳感器和驅(qū)動(dòng)器。針對(duì)柔性板低頻振動(dòng)為彎曲模態(tài)振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)振動(dòng)的耦合這一特點(diǎn),采用兩套激光位移傳感器進(jìn)行非接觸式測(cè)量,成功實(shí)現(xiàn)了彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)在測(cè)量方面的解耦;通過彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)驅(qū)動(dòng)器異位配置以及彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)控制器獨(dú)立設(shè)計(jì),在驅(qū)動(dòng)方面實(shí)現(xiàn)了彎曲模態(tài)和扭轉(zhuǎn)模態(tài)的解耦�？紤]了壓電陶瓷對(duì)柔性板基體的影響,采用四節(jié)點(diǎn)矩形板單元對(duì)壓電智能柔性鉸接板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了有限元分析,通過Hamilton原理得到了柔性鉸接板的動(dòng)力學(xué)方程,為柔性鉸接板的振動(dòng)控制仿真奠定了基礎(chǔ)。針對(duì)柔性板的振動(dòng)控制,設(shè)計(jì)了PD控制、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制和模糊快速終端滑�？刂迫N算法。針對(duì)滑�？刂乒逃械亩墩瘳F(xiàn)象,采用對(duì)符號(hào)函數(shù)進(jìn)行柔化的方法使抖振得以消除的同時(shí),保持了符號(hào)函數(shù)的部分開關(guān)特性。采用PD控制算法和模糊快速終端滑�？刂扑惴▽�(duì)柔性鉸接板的前二階彎曲模態(tài)和第一階扭轉(zhuǎn)模態(tài)進(jìn)行了振動(dòng)控制仿真研究。建立了基于激光位移傳感器測(cè)量的智能柔性板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。采用PD控制算法和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制算法對(duì)柔性懸臂板進(jìn)行了振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn);采用PD控制算法和模糊快速終端滑�？刂扑惴▽�(duì)柔性鉸接板進(jìn)行了振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,與PD算法相比,其它兩種算法在對(duì)柔性板的振動(dòng)抑制方面具有更好的性能,尤其對(duì)于小幅值的振動(dòng);實(shí)驗(yàn)結(jié)果還驗(yàn)證了本文所提出的彎扭解耦方法的有效性。
【關(guān)鍵詞】：柔性板 有限元建模 激光位移傳感器 彎扭振動(dòng)檢測(cè)解耦 振動(dòng)主動(dòng)控制
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：V442;TB535
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 緒論11-21
• 1.1 課題來源11
• 1.2 課題研究的背景和意義11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-20
• 1.3.1 智能材料研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 振動(dòng)測(cè)量與控制驅(qū)動(dòng)方法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 智能結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.4 控制算法研究現(xiàn)狀16-20
• 1.4 本文的主要內(nèi)容20-21
• 第二章 壓電智能柔性結(jié)構(gòu)有限元建模21-35
• 2.1 壓電柔性板材料力學(xué)特性21-22
• 2.2 壓電智能柔性板有限元建模22-33
• 2.2.1 有限元板單元分析22-25
• 2.2.2 壓電板單元?jiǎng)恿W(xué)方程25-30
• 2.2.3 激光位移傳感器傳感方程30-31
• 2.2.4 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程31-33
• 2.3 系統(tǒng)狀態(tài)空間方程33-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 振動(dòng)控制算法研究35-54
• 3.1 PD控制算法35-36
• 3.2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制算法36-44
• 3.2.1 滑�？刂评碚摶A(chǔ)36-38
• 3.2.2 徑向基函數(shù)（RBF）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)38-39
• 3.2.3 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)滑模控制器（RBFNN-SMC）設(shè)計(jì)39-44
• 3.3 模糊快速終端滑�？刂疲‵FTSMC）算法44-53
• 3.3.1 快速終端滑模控制（FTSMC）44-45
• 3.3.2 模糊邏輯控制45-46
• 3.3.3 控制性能指標(biāo)和狀態(tài)觀測(cè)器46-48
• 3.3.4 模糊快速終端滑�？刂破鳎‵FTSMC）設(shè)計(jì)48-53
• 3.4 本章小結(jié)53-54
• 第四章 基于激光位移傳感器測(cè)量的柔性鉸接板振動(dòng)控制仿真研究54-68
• 4.1 基于激光位移傳感器測(cè)量的柔性鉸接板振動(dòng)控制系統(tǒng)54-56
• 4.2 柔性鉸接板有限元模型56-57
• 4.3 柔性鉸接板振動(dòng)主動(dòng)控制仿真57-67
• 4.4 本章小結(jié)67-68
• 第五章 基于激光位移傳感器測(cè)量的柔性板振動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)研究68-99
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件組成68-73
• 5.1.1 壓電智能柔性板69-70
• 5.1.2 激光位移傳感器70-72
• 5.1.3 運(yùn)動(dòng)控制卡和端子板72
• 5.1.4 雙通道壓電驅(qū)動(dòng)放大器72-73
• 5.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件73-76
• 5.2.1 基于Visual C++的主程序設(shè)計(jì)73-74
• 5.2.2 軟件控制界面74-75
• 5.2.3 振動(dòng)信號(hào)處理75-76
• 5.3 柔性板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)76-98
• 5.3.1 柔性懸臂板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)76-86
• 5.3.2 柔性鉸接板振動(dòng)主動(dòng)控制實(shí)驗(yàn)86-98
• 5.4 本章小結(jié)98-99
• 總結(jié)與展望99-101
• 全文工作總結(jié)99-100
• 今后研究方向和展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-113
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果113-114
• 致謝114-115
• 附件115

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本文編號(hào)：585260