广义隶属函数型模糊控制器在振动控制中的研究

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任何一个工程结构受到动态激励或干扰时,都会产生响应,表现为结构的振动和噪声。随着工业各领域技术的高速发展,随之而来的振动问题也日显突出。振动不仅会影响结构的正常工作,还将使结构产生过早的疲劳破坏、减少使用寿命,或导致结构中仪器的损坏。除了会降低机械系统的性能,振动和噪声还会严重危害人类健康。因此,必须对它进行控制。所谓振动控制,就是针对控制对象的性质、工作环境和控制要求,运用各种力学原理来减小对结构有害的振动效应。本文以悬臂梁的振动为对象采用主动控制方法进行了减振研究。主动振动控制(Active Vibration Control,AVC)又称有源振动控制,是将外部能量输入受控系统,通过引入“人为”的振动与系统本身振动能量相互抵消来实现振动控制的方法。同时我们在悬臂梁结构中采用了重量轻、能耗小、控制效果好压电薄膜作为传感器和驱动器。压电传感器和驱动器直接粘贴在母体材料上,和单片机控制系统一起构成了压电式主动减振智能结构。 模糊控制作为一种基于规则的控制,直接采用语言型控制规则,在设计中无需建立对象的精确数学模型,因而使控制机理和策略易于接受和理解,在实际应用中取得了巨大成功,但是在模糊控制器的设计过程中,尤其是在多变量模糊控制器的设计中仍存在一些问题,由于缺乏关于被控对象的先验知识而使模糊变量隶属函数的选取受到许多主观因素的影响就是其中之一。对此,本文在隶属函数的设计中,引入广义隶属函数的概念,并以此为基础设计了广义隶属函数型模糊控制器,采用遗传算法对模糊控制器的各变量模糊子集隶属函数的参数设计和优化进行了仿真研究。 最后,本文介绍了基于Atmel 89C51芯片的单片机控制系统以及相关外围信号处理电路的设计。以装有压电传感器和驱动器的悬臂梁的应变为控制对象,以所设计的单片机系统作为控制器,采用具有广义隶属函数的模糊控制算法进行了悬臂梁主动减振控制实验。控制软件部分是以包含C51编译器的伟福E2000集成开发软件包作为控制软件开发平台,用C语言编写的。控制实验均取得了良好的控制效果,由此也表明了将广义隶属函数运用于完成模糊控制器的设计的可行性。
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