弹性连杆机构振动主动控制理论与实验研究

来源 :西安理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:yanxiant
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本文以弹性连杆机构为对象,对含机敏构件的弹性机构动力学模型的建立、机构弹性振动主动控制方法、原动件速度变化对机构动态性能的影响等问题进行了比较系统深入的研究。主要研究工作及结论如下: 采用有限元法和Lagrange方程,建立了含压电机敏构件的弹性连杆机构动力学模型,并对其动力学响应进行求解。在建模过程中,考虑了机构刚体运动和构件弹性变形引起的刚弹耦合效应、压电材料机电耦合效应对机构动能和变形能的影响、以及机构变形引起的几何非线性因素等。建立的机构模型为时变的非线性动力学方程,采用改进的状态空间闭式算法对其进行求解。计算出的弹性机构动力学响应与实验测得的响应数据基本吻合。 针对弹性连杆机构振动主动控制系统特点,提出了基于机构离散状态空间模型的主动模型算法控制方法。复杂的时变非线性弹性连杆机构动力学行为受多种因素影响,而模型算法控制方法降低了对系统模型的要求,其突出优点在于对复杂系统的不确定因素的适应性。采用该方法对弹性机构振动主动控制进行了仿真和实验研究。仿真结果与最优控制方法计算结果进行比较,对比显示其控制效果优于最优控制。实验研究验证了主动模型算法控制方法的有效性。 在机构振动响应主动模型算法控制研究基础上,进一步提出了抑制弹性连杆机构振动响应的主动预测函数控制方法。根据机构动态响应和压电材料的特性,选择了机构振动变形响应的参考轨迹、基函数和电压约束条件。通过优化基函数的线性组合系数,使控制电压具有规律性,在线计算量减小。讨论了预测时域长度等相关参数变化对控制效果的影响。对最优控制、模型算法控制和预测函数控制三种控制方法的优缺点进行了对比分析。 研究了振动主动控制中作动器和传感器位置优化问题。针对弹性连杆机构动态系统模态参数时变的特点,提出了表征作动器作动能量的可控性指标和表征传感器测量信号能量的可观性指标,据此判断作动器和传感器的最优位置。通过对弹性连杆机构的数值仿真和简支梁激励实验,确定了传感器和作动器的最优位置。
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