一種柔性懸臂梁結構的振顫主動控制方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于梁結構振顫主動控制領域，涉及一種柔性懸臂梁結構的振顫主動控制方法。振顫主動控制方法根據大量的仿真實驗和參數調整原則，建立模糊控制規(guī)則。采用基于遺傳算法的模糊自整定分數階PIλDμ控制器，利用遺傳算法對5個參數進行優(yōu)化處理；采用實數編碼方式對分數階PIλDμ控制器初始參數進行編碼處理，并確定各參數的取值范圍。本發(fā)明采用壓電復合纖維材料作為致動器，具有良好的柔順性和機械加工性能，靈敏度高，可應用于曲面結構。充分發(fā)揮分數階PIλDμ控制的記憶性、準確性與模糊控制的靈活性、魯棒性等優(yōu)點，從而獲得最佳的控制效果。
【專利說明】一種柔性懸臂梁結構的振顫主動控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于梁結構振顫主動控制領域，涉及一種柔性懸臂梁結構的振顫主動控制方法。
【背景技術】
[0002]機翼是飛機的主要承力構件，在翼翅結構的設計中，結構的輕量化一直是設計的主要目標之一。為了減輕結構的質量，提高運載工具的效率，大型化、低剛度與柔性化已成為各類翼翅結構的一個重要發(fā)展趨勢。然而柔性空間結構，如機翼結構具有質量輕、阻尼小、剛度低等特點，一旦受到外界激勵的影響，如飛行時渦流的影響，勢必產生大幅度的振顫并且振顫會持續(xù)較長的時間，使翼翅結構的顫振特性和動態(tài)特性變差。這會導致疲勞損傷，降低了尾翼和機翼的使用壽命，極大地增加了飛機的維護費用；同時導致飛行器總體性能下降，以至于產生非常嚴重甚至是災難性的后果。所以對飛行器翼翅結構的振顫進行主動控制具有重要的現實意義和工程應用價值。
[0003]近年來，國內外的一些學者在柔性結構振顫主動控制領域取得了長足的進展。從柔性結構的振顫特性分析、致動器位置的優(yōu)化配置、智能算法優(yōu)勢結合以及參數尋優(yōu)等方面進行了一系列的研究試驗和發(fā)明創(chuàng)造，但在動態(tài)系統(tǒng)控制器的設計、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雜曲面結構，壓電復合纖維材料(MacroFiber Composite-MFC)的出現為此類問題提供了解決辦法。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現有技術在動態(tài)系統(tǒng)控制器的設計、表征和控制能力方面的不足，發(fā)明一種柔性懸臂梁結`構的振顫主動控制方法。該方法以柔性懸臂梁結構為被控對象，采用條狀壓電復合纖維材料作為致動器，激光位移傳感器作為反饋元件構建的柔性懸臂梁結構振顫主動控制裝置。采用一種基于遺傳算法的模糊自整定分數階PIaDu控制器，簡記為GFFPID。該控制器以分數階PIaDu為控制策略，采用遺傳算法對五個控制參數Kp，KiiKd, λ，μ進行優(yōu)化處理獲得控制器初始參數K' P，K' i，K' ?, ，μ'，采用模糊規(guī)則再對參數K' P、K' pK' d進行實時在線整定，獲得最佳的顫振主動控制效果。本發(fā)明采用壓電復合纖維材料作為致動器，具有良好的柔順性和機械加工性能，靈敏度高，可應用于曲面結構。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是一種柔性懸臂梁結構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數階PIaDu控制器，通過以下方式實現:
[0006]a)根據大量的仿真實驗和參數調整原則，建立Kp，Ki, Kd的模糊控制
[0007]規(guī)則，則可得到控制器實際控制參數為:
[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，K1-積分系數，Kd-微分系數，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的初始參數；Λκρ、ΛK1、
K1、Kd的增量；
[0014]b)利用遺傳算法對上述5個參數Kp，Ki，Kd，λ，μ進行優(yōu)化處理，采用實數編碼方式對分數階PIaDu控制器初始參數K' P，K' yK' d，A'，μ'進行編碼處理，并確定各參數的取值范圍，根據懸臂梁系統(tǒng)振顫特點，選用式(6)作為參數選取的最優(yōu)指標，從而確定上述5個參數的最優(yōu)初始值；
[0015]
【權利要求】
1.一種柔性懸臂梁結構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數階PIaDu控制器，通過以下方式實現: a)根據大量的仿真實驗和參數調整原則，建立Kp，Ki,Kd的模糊控制規(guī)則，則可得到控制器實際控制參數為: 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，K1-積分系數，Kd-微分系數，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的初始參數；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個參數Kp，Ki,Kd，λ，μ進行優(yōu)化處理，采用實數編碼方式對分數階PIaDu控制器初始參數K' p，K' yK' d，A'，μ'進行編碼處理，并確定各參數的取值范圍，根據懸臂梁系統(tǒng)振顫特點，選用式(6)作為參數選取的最優(yōu)指標，從而確定上述5個參數的最優(yōu)初始值；

2.如權利要求1所述的一種柔性懸臂梁結構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(4)作為控制器，采用條狀壓電復合纖維材料作為致動器(2)，并進行壓電元件位置優(yōu)化配置，即適當配置致動器2的數目和位置后，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)動作產生控制信號，經D/A轉換器(5)轉換成模擬信號，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