基于复合喷气压电驱动器的柔性机械臂振动控制

空间机器人和大型柔性空间结构在航天器调姿、变轨、外部扰动的情况下将引起振动问题,其低频大幅值振动将持续很长时间,这将影响航天器系统的稳定性和控制精度.为了快速抑制低频大幅值振动及残余振动,提出采用复合可控反作用力幅值的喷气式驱动和压电陶瓷驱动方案进行振动控制.进行基于复合控制的柔性臂系统动力学建模并给出控制算法.设计并建立柔性机械臂试验平台,构建气动驱动控制回路及压电驱动控制回路.进行基于压电陶瓷驱动器、喷气式驱动器及复合喷气和压电驱动器的柔性臂大幅值低频模态振动控制的几种方法试验比较研究.试验结果表明,采用的控制方案和方法既可以快速地抑制柔性机械臂统的低频大幅值振动,又明显地同时抑制高频和低频小幅值残余振动.     

柔性结构振动控制的初步分析与试验研究

采用智能结构的原理和方法,对压电元件用于柔性结构振动控控制的有关问题进行了初步探讨。对压电驱动器与结构的匹配关系进行了理论分析,对模态传感－驱动器对在柔性悬臂板结构中的布置数量和位置进行了优化设计,并对结构振动进行了控制试验,验证了该方法的有效性。     

压电分流阻尼控制悬臂梁振动的实验研究

采用压电分流阻尼原理,对根部粘贴压电陶瓷片的柔性悬臂梁振动控制进行了实验研究。实验中设计了一个由电容、电阻和运算放大器组成的等效电感电路,解决了压电分流电路设计中的超大电感器问题。根据测试得到的带压电分流电路悬臂梁的闭路和开路自然频率,确定出了压电分流电路的最优参数,对悬臂梁的瞬态振动和单频简谐激励下的稳态振动控制实验表明了压电分流阻尼被动控制结构振动的有效性。     

大型柔性可展天线的频率优化和扰动响应预示

大型柔性可展开天线的高柔性、低阻尼特性给天线的稳定控制和卫星的姿态控制提出了严苛要求。结合某大型柔性可展开天线的研制,开展了大型柔性可展开天线的频率优化设计和扰动响应分析。对其中影响天线基频的两个重要因素——天线支撑结构刚度和扫描机构刚度进行了敏感性分析。在此基础上开展了天线模态频率仿真与试验,给出了天线在俯仰角度-10°～25°和方位角度-10°～10°组合工况下绕转动坐标系惯量、基频与扫描角度的对应关系。完成了天线在平台扰动激励下的响应分析,给出了扰动激励对天线反射器型面误差和指向偏差的影响。仿真结果显示,通过频率优化设计后的大型柔性可展开天线对卫星扰动激励不敏感,可以满足设计要求。     

基于TMS320F2812的悬臂梁振动半主动控制

基于压电元件的主动振动控制不仅需要复杂的信号处理系统,而且需要庞大的能量供给系统,被动控制方法中电感和电阻参数对环境变化适应能力差,而且在低频控制时需要很大的电感,不容易实现。为了克服主被动控制中存在的缺点,本文采用一种基于同步开关阻尼技术的半主动振动控制的新方法。利用TMS320F2812处理器,通过合适的开关控制算法,使埋入复合材料悬臂梁约束端的压电元件上的电压极性在合适的时候进行翻转,使其电压始终与应变反相,从而达到振动控制的效果。实验结果表明该方法可以使悬臂梁一阶振动模态减小3.1641dB。     

压电柔性机械臂系统辨识与振动主动控制

以Euler-Bernoulli悬臂梁为实验模型,研究了压电柔性机械臂系统的模型建立和振动主动控制的问题。首先,针对柔性构件在建模过程中的复杂性和非线性等特点,采用实验辨识的方法建立了由压电致动器输入到压电传感桥路的输出之间的传递函数模型;其次,对于压电柔性机械臂的弹性振动问题,基于线性二次型最优控制理论,针对加权矩阵难以解析的关键问题,将遗传算法应用于控制器的设计中,对加权矩阵进行优化设计;然后,在理论研究的基础上搭建硬件实验平台,编写了软件测控程序,并开展压电柔性机械臂振动控制的实验研究;最后,对柔性臂在自由衰减和持续激励的情况下分别进行振动主动控制实验。实验结果表明,柔性臂在2种激励下的振动均得到了有效抑制。     

基于压电元件的振动主动控制

对配置压电元件作为传感器、驱动器,基于自适应滤波技术的柔性结构主动振动控制进行了实验研究。介绍了压电传感器、驱动器原理及其检测、驱动电路,阐述了自适应控制的基本原理,导出了控制算法,并介绍了控制系统构成,实验结果验证了本文所述方法的有效性。     

基于压电元件的悬臂梁半主动振动控制研究

为了探讨非线性同步开关阻尼技术(synchronized switch damping,简称SSD)的半主动振动控制系统中开关切换效率对控制效果的影响,详细推导了基于开关切换效率的SSDI(synchronized switch damping on inductor)及SSDV(synchronized switch damping on voltage)的振动阻尼表达式,并搭建了悬臂复合梁振动半主动试验平台,对理论分析结果进行了试验验证.试验结果表明,开关切换的延时越小,控制效果越佳.     

采用压电开关分流电路技术的半主动振动控制

利用压电材料的正压电效应,设计出一种新型的状态开关型压电分流电路.由压电换能器将结构振动变形的应变能转化为电介能,当压电换能器极化表面的电荷积聚达到最大值时,闭合分流电路中的状态开关,分流电路短路,压电换能器上下表面的正负电荷中和抵消,以焦耳热的形式耗散掉电介能,达到抑制结构振动的目的.将这种振动控制技术应用于柔性悬臂梁的振动抑制,研究状态开关闭合持续时间对抑振效果的影响.实验结果表明,开关的闭合持续时间约为结构振动周期的1/10时,抑振效果最佳,悬臂梁第一阶稳态响应幅值降低量约为55%.     

基于压电反馈驱动的液压柔性机械臂抑振方法

为了抑制大型双连杆液压柔性机械臂末端振动,以重载上、下料液压柔性机械手臂为研究对象,针对机械臂在运动过程中末端振动的现象,通过伺服液压系统-Euler Bernoulli梁模型、Lagrange方程和Jacobian矩阵,设计一种基于压电反馈驱动系统控制方法,利用机械臂末端搭载的压电敏感传输器、压电驱动器和反演控制设计方法,研究伺服液压缸运动振颤、液压缸与机械臂关节卡顿和机械臂杆件弹性振动对液压柔性机械臂末端振动的影响规律。仿真结果表明,该抑振控制方法稳定性较好,针对液压柔性机械臂能显著减小末端振动,缩短振动衰减时间,定位精度得到明显改善。     

双连杆柔性机械臂振动主动控制与实验

为了对柔性机械臂在外部扰动或工作时产生的振动进行快速抑振,设计并搭建出一套刚柔耦合机械臂实验平台,大臂为刚性臂,小臂为柔性臂。首先,采用粘贴在柔性臂根部的压电陶瓷片测得的振动信号作为反馈信号,伺服电机用作驱动器带动减速器驱动机械臂;其次,对柔性臂由于外部激励产生的振动,分别设计了基于输入整形技术(input shaping technology,简称IST)的前馈控制器和基于广义最小方差自校正控制(generalized minimum variance self-tuning controller,简称GMVSTC)的控制算法,对柔性臂振动进行主动控制实验研究;最后,为了验证控制算法的效果,对采用常规比例微分(proportion differentiation,简称PD)控制实验进行对比。实验结果表明,输入整形和自校正控制算法可大幅减少柔性臂振动的时间,均可对柔性臂的振动进行快速抑振。     

带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制

为了实时控制柔性机械臂的残余振动，提高定位精度，提出了带有加速度反馈的开关变结构控制，将柔性机械臂的运动过程分成两部分，第一部分使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动；第二部分，当柔性机械臂的运动临近终止状态时，通过逻辑开关，将柔性机械臂末端加速度反馈量接通，　以产生抑制弹性振动的控制力矩，与刚体运动的控制力矩迭加，完成终点定位和振动抑制。一系列的试验包括与ＰＩＤ控制的比较证明带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制对于抑制柔性臂残余振动是有效和实用的。     

带有应变反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为实时,有效地抑制柔性机械臂的残余振动,提高春定位精度,提出了柔性机械臂的开关变结构控制,并进行了实验研究,将柔性机械臂的运动分成两个阶段：第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时,通过逻辑开关,将柔性梁应变反馈量接通,以产生控制力矩,实现残余振动抑制,与传统的PID控制和带有应变反馈的全闭环反馈控制的比较结果显示,开关变结构控制能够有效,实时地抑制柔性残余振动。     

基于摩擦自激振动升频效应的超低频振动能量收集

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的 .为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率.试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率.摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升.由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高.     

带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制的实验研究

为有效地抑制柔性机械臂的残余振动 ,提高其定位精度 ,本文提出了带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制 ,并进行了一系列系统的实验研究。首先将柔性机械臂的运动分成两个阶段 :第一阶段使其在控制力矩作用下做大角度刚体运动 ;第二阶段当柔性机械臂的运动临近终止状态时 ,通过逻辑开关 ,将柔性机械臂末端加速度反馈量接通 ,以产生抑制弹性振动的控制力矩 τ′0 ,实现终点定位的残余振动控制。然后进行了一系列的实验研究包括与传统的 PID控制和带有加速度反馈的全闭环反馈控制的比较 ,结果显示带有加速度反馈的柔性机械臂开关变结构控制能够实时、有效地抑制柔性臂的残余振动     

柔性机械臂振动压电抑振新方法

针对含有压电智能结构的柔性机械臂,提出基于模糊PID融合控制理论柔性机械臂振动主动控制方法.搭建了平面1R柔性机械臂实验装置,并设计了相应的控制系统,通过实验实现了柔性机械臂振动的主动控制.     

基于模糊PID融合的柔性机械臂振动压电主动控制研究

针对含有压电智能结构的柔性机械臂,提出了基于模糊PID融合控制理论的柔性机械臂振动主动控制方法。搭建了悬臂梁和平面1R、2R柔性机械臂实验装置,并设计了相应的控制系统,通过实验实现了柔性机械臂振动的主动控制,实验结果显示,该方法可以抑制柔性机械臂振动,具有响应快、鲁棒性好等特点,且该方法不依赖于柔性机械臂动力学模型,算法简单,实时性好。     

行星减速器驱动旋转双柔性梁T-S模糊振动控制

旋转双臂的柔性结构在转动调姿时或外部扰动的影响下产生振动,将影响系统的稳定性和定位精度,减速器间隙非线性影响旋转双柔性梁结构的动态特性,加大了控制难度。研究了一种多变量非线性T-S模糊(nonlinear T-S fuzzy,简称NTS)控制算法,利用模糊控制器的多变量解耦控制能力以及T-S模糊规则具有的分段控制特点快速抑制柔性结构小幅值振动。设计并建立了交流伺服电机通过行星减速器驱动转动的双柔性压电梁结构实验平台。利用压电传感器采集振动信号,压电驱动器和交流伺服电机驱动器抑制柔性结构振动,对该控制方法进行实验研究。实验结果表明,相对于比例加微分(proportional and derivative,简称PD)控制算法,非线性T-S模糊控制算法对于系统的大幅值振动和小幅值振动都有较快速的振动抑制效果。     

非公路车辆座椅悬架振动的动力学分析

非公路车辆工作条件恶劣,座椅振动具有低频高强度的特点。将座椅简化为由浮动机座驱动的单自由度系统,依此分析了非公路车辆座椅的振动动力学特点,结果表明在底座低频振动区,座椅和激励振动的振幅和相位基本一致,振幅随阻尼增大而增大;在高频振动区,座椅振幅小于激振振幅,振幅随阻尼增大而减小。使用磁流变阻尼器等半主动减振器进行减振时,低频区应采用高阻尼,高频区应采用低阻尼。     

Research on deployable truss type mast's model analysis and Its active vibration control

建立了一维大型空间可展开桁架式支撑臂的动力学模型,计算了支撑臂各阶模态的频率和振型,以及在各阶模态下的杆件模态应变能.基于杆件模态应变能对压电陶瓷作动杆的位置进行了优化设计.基于独立模态空间方法运用二次型最优控制理论,对支撑臂进行振动主动控制研究.对含有主动构件的空间桁架式支撑臂的振动主动控制进行了仿真,比较了控制前后支撑臂振动幅值的变化.仿真结果表明,该控制策略具有较好的振动控制效果.