[發明專利]一種柔性懸臂梁結構的振顫主動控制方法

有效

• 申請號: 201410093686.3
• 申請日: 2014-03-13
• 公開（公告）號: CN103869702A
• 公開（公告）日: 2014-06-18
• 發明（設計）人: 盛賢君;鐘聲;楊睿;張鳳云
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04;G06N3/12
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

技術領域

本發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

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較長的時間，使翼翅結構的顫振特性和動態特性變差。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。

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、致動器位置的優化配置、智能算法優勢結合以及參數尋優等方面進行了一系列的研究試驗和發明創造，但在動態系統控制器的設計、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（Macro?Fiber?Composite-MFC）的出現為此類問題提供了解決辦法。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術在動態系統控制器的設計、表征和控制能力方面的不足，發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PI^λD^μ控制器，簡記為GFFPID。該控制器以分數階PI^λD^μ為控制策略，采用遺傳算法對五個控制參數K_p，K_i，K_d，λ，μ進行優化處理獲得控制器初始參數K′_p，K′_i，K′_d，λ′，μ′，采用模糊規則再對參數K′_p、K′_i、K′_d進行實時在線整定，獲得最佳的顫振主動控制效果。本發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。

本發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PI^λD^μ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K_p，K_i，K_d的模糊控制

規則，則可得到控制器實際控制參數為：

K_p(k)＝K′_p+ΔK_p(k)??(1)

K_i(k)＝K′_i+ΔK_i(k)??(2)

K_d(k)＝K′_d+ΔK_d(k)??(3)

λ(k)＝λ′??(4)

μ(k)＝μ′??(5)

其中，K_p-比例系數，K_i-積分系數，K_d-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；ΔK_p、ΔK_i、ΔK_d分別為K_p、K_i、K_d的增量；