壓電懸臂梁變形控制研究.pdf

1、民用和軍用航空均期望未來的飛行器能夠在變化的飛行環(huán)境中完成各種飛行任務，“變體飛行器”也由此產生。改變飛行器機翼的翼型彎度可以防止翼尖失速效應，改變展向升力分布，對提高飛行器飛行性能具有非常重要的意義。在執(zhí)行飛行任務過程中，機翼的精確變形是變形翼技術能夠應用于實際的關鍵所在，因此研究機翼的變形控制問題具有重要的工程價值。基于此，本文將機翼模型簡化為懸臂梁結構，并對其變形控制方法展開深入研究。
　　本文對壓電纖維復合材料驅動的懸臂梁

2、結構進行了研究。該系統(tǒng)具有遲滯特性、蠕變特性和振動特性，這些非線性特性不僅使得系統(tǒng)建模困難，而且嚴重影響系統(tǒng)控制精度。在分析系統(tǒng)特性的基礎上，分別從開環(huán)控制和閉環(huán)控制的角度，進行系統(tǒng)建模和控制器設計。在開環(huán)控制中，運用Modified Prandtl–Ishlinskii（MPI）模型建立遲滯模型并進行遲滯逆補償，通過對數模型進行蠕變建模和補償控制，并采用輸入整形技術抑制系統(tǒng)振動。針對開環(huán)控制不能實現干擾抑制問題，本文基于ARX模型辨識

3、出懸臂梁系統(tǒng)近似動態(tài)模型，并運 H∞魯棒控制理論設計閉環(huán)控制器。為了實現對動態(tài)信號的快速跟蹤，基于前饋-反饋控制理論為壓電懸臂梁系統(tǒng)設計了二自由度魯棒控制器，并提出了一種分時控制方法以實現對雙輸入單輸出壓電懸臂梁的準確變形控制。為了驗證所設計控制器的有效性和控制效果，運用MATLAB軟件進行了大量的數值仿真分析；搭建了壓電懸臂梁控制系統(tǒng)實驗平臺，并采用LabVIEW軟件編寫相關的控制算法實驗程序，驗證所設計的控制器的實際控制效果。實驗結

4、果表明：開環(huán)全補償控制取得了較好的控制效果，控制誤差在6%以內，但是開環(huán)控制并不能抑制外界干擾；設計的單自由度魯棒控制器能夠實現對階躍信號的快速響應，調節(jié)時間為0.8s，超調量為3%，穩(wěn)態(tài)誤差在5%以內，系統(tǒng)受到干擾時能在0.5s內恢復穩(wěn)定，并且控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)PID控制器；設計的二自由度魯棒控制器能夠實現對動態(tài)信號的快速跟蹤，且跟蹤誤差在8%以內；針對雙輸入單輸出壓電懸臂梁系統(tǒng)，分時控制方法能實現對動態(tài)信號的快速跟蹤且跟蹤誤差小，滿足