[發明專利]基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法

有效

• 申請號: 202011473843.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112230604B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 楊閎竣;程龍;譚民;賀威;劉志杰;穆新星
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G05B19/408
• 分類號: G05B19/408
• 代理公司: 北京市恒有知識產權代理事務所(普通合伙) 11576
• 代理人: 郭文浩;尹文會

1.一種基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟S10，實時獲取柔性碳素懸臂梁的彈性位移，作為輸入數據；

步驟S20，基于所述輸入數據，通過預構建的分布參數模型得到控制力矩，對所述柔性碳素懸臂梁進行振動控制；

其中，所述分布參數模型，其構建方法為：

步驟A10，基于粘貼在柔性碳素懸臂梁表面上的智能材料條的一端在加載激勵電壓后產生彎曲的尖端位移以及智能材料條的長度，計算尖端轉角；并通過黑箱模型構建激勵電壓和尖端轉角的線性關系模型；

步驟A20，根據柔性碳素懸臂梁彎曲時中性層曲率半徑和彎矩的關系，結合所述線性關系模型，得到基于激勵電壓與智能材料條彎矩之間的映射關系，并構建智能材料條的動力學模型；

步驟A30，基于所述智能材料條的動力學模型，計算柔性碳素懸臂梁的動能、彈性勢能、以及不包含阻尼的非保守力所做的虛功，并結合Hamilton原理，構建無阻尼下的柔性碳素懸臂梁的分布參數模型，作為第一模型；

步驟A40，計算非保守力加入粘性阻尼、結構阻尼對柔性碳素懸臂梁所做的虛功，并結合所述第一模型，構建有阻尼的分布參數模型，作為最終的分布參數模型。

2.根據權利要求1所述的基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，所述尖端轉角，其計算方法為：

其中，表示尖端轉角，表示尖端位移，表示智能材料條的長度。

3.根據權利要求2所述的基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，所述智能材料條的動力學模型為：

其中，表示智能材料條的動力學模型輸出的力矩，表示激勵電壓，表示智能材料條的抗彎剛度，為設定常數。

4.根據權利要求1所述的基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，所述無阻尼下的柔性碳素懸臂梁的分布參數模型為：

其中，表示柔性碳素懸臂梁上點處的單位質量密度，、分別表示柔性碳素懸臂梁的彎曲剛度、智能材料條的抗彎剛度，表示時刻的智能材料條的動力學模型輸出的力矩，表示懸臂梁上點處、時刻的彈性位移的二階時間導數，表示懸臂梁上點處、時刻的彈性位移的二階偏導數，表示的二階位移偏導數，表示懸臂梁上的任意位置。

5.根據權利要求4中所述的基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，步驟A40中“計算非保守力加入粘性阻尼、結構阻尼對柔性碳素懸臂梁所做的虛功”，其方法為：

其中，表示非保守力加入粘性阻尼、結構阻尼所做的虛功的變分，表示粘性阻尼，表示結構阻尼，表示柔性碳素懸臂梁上點處，時刻的彈性位移的變分，表示位移的微分，表示懸臂梁上點處、時刻的彈性位移的時間導數，為的一階偏導數，表示懸臂梁長度。

6.根據權利要求5所述的基于智能材料驅動的柔性碳素懸臂梁的控制方法，其特征在于，所述有阻尼的分布參數模型為：

。