压电陶瓷精密控制系统的自适应模糊控制器研究

针对压电陶瓷等非线性系统,建立压电陶瓷微精密位移系统模型,并将模糊控制器替换传统的比例、积分和微分(PID)控制器,实现对PID参数的在线自整定。对模糊控制器的控制变量及论域等级等进行了研究及制定,并对其进行MATLAB仿真。实验结果表明,模糊逻辑控制器比传统PID控制器的响应速度快,超调量小,且控制策略简单易行。     

利用SIMULINK和优化工具箱实现PID参数优化

主要讨论了PID控制器参数优化问题。通过利用系统仿真模块与优化目标函数模块的结合，建立了SIMULINK模型，并利用优化工具箱方便地实现PID参数优化，从而提出了一种实现PID参数优化的新方法。仿真实验结果表明该方法简单、效果理想并且可靠性高。     

压电自感知柔性悬臂梁振动控制系统研究

将压电悬臂梁系统离散化的状态空间方程作为预测模型,设计了预测函数控制器.采用电桥电路法分离出压电自感知执行器的感知信号,经过预测函数控制器处理后输出的控制信号作用于自感知执行器,产生相应的执行力来抑制悬臂梁的振动,从而达到振动控制的目的.仿真结果表明,所设计的振动控制系统对柔性悬臂梁振动抑制是非常有效的.     

状态开关型多模态压电分流抑振技术

研究了状态开关型多模态压电分流阻尼系统的抑振原理和实现方法.搭建了以金属氧化物半导体场效应晶体管为主体的状态开关型多模态压电分流电路,设计出一种频率自适应控制器,能跟随结构振动频率变化而实时改变脉冲控制信号的输出时刻和持续时间,使该状态开关型压电分流电路对结构各阶模态的振动响应都有较好的抑制效果.应用该状态开关型压电分流电路,进行了一个柔性悬臂梁的多模态振动响应抑制实验,使悬臂梁的前5阶弯曲模态的稳态响应幅值分别降低了7.72 dB、3.97 dB、1.23 dB、5.03 dB和4.14 dB,验证了所研制的状态开关型压电分流阻尼系统的自适应多模态抑振性能.     

基于改进WFPSO算法的无刷直流电机模型分析

针对传统的无刷直流电机控制无法在线调整参数、难以精确控制的问题,提出一种基于改进的粒子群优化(PSO)算法的模糊PID控制器设计。通过对粒子群优化算法的参数进行分时段更新,实现模糊PID控制器参数动态全局优化,来确定使用双闭环控制模型的无刷直流电机的最优参数。Matlab仿真结果表明,该研究方法较传统方法可使得转速无超调、减少调节时间,同时启动时转矩脉动较小。     

柔性梁振动控制系统设计

采用压电自感知执行器作为传感器和执行器,对柔性悬臂梁的振动情况进行研究,建立柔性悬臂梁系统的动力学方程,通过模态分析压电结构对柔性悬臂梁振动主动控制的原则和方法。利用最优控制理论得到对振动进行计算得到的最优控制信号来抑制悬臂梁的振动,完成对振动进行控制的目的。     

基于ARX模型的压电智能结构振动预测控制

采用预测控制法对压电智能结构的振动主动控制进行了实验研究，通过实验方法建立了系统的ARX模型，并在此基础上设计了预测控制器对结构进行振动主动控制。实验结果验证了该方法在压电智能结构振动主动控制中的可行性和有效性。     

基于子空间辨识的压电悬臂梁振动控制研究

针对柔性结构的振动普遍存在复杂性、非线性和建模难的特点,跳过了复杂的机械-电压建模,基于子空间系统辨识方法的基本算法和特点,设计出抑制悬臂梁振动的一种最优控制器,并在算法实现、算法性能方面进行了仿真和实时控制实验。实验结果表明,算法在提高系统辨识精度,降低计算量等方面都有显著提高,控制效果比较理想。     

基于低频驱动的微压电能量收集器的结构研究

为给传感器节点持续供电,提出之字形压电悬臂梁,与传统直梁结构相比,其等效加大了悬臂梁的长度,降低了固有频率。对之字形悬臂梁结构建立解析模型,对其振动进行了理论分析,通过仿真软件ANSYS对该结构进行了模态分析。仿真结果表明,在微加工工艺的尺寸限制下,8根直臂梁构成的之字形结构悬臂梁,其一阶固有振动频率小于200Hz,符合与环境振动源形成共振的条件,证明了之字形结构的有效性。     

基于PID算法的音圈电机位置控制系统设计

文中分析了音圈直线电机的数学模型,利用微处器结合模拟电路来设计驱动系统,并对PID控制算法及其噪声模型进行了分析。针对音圈电机在运行中存在的高频噪声干扰问题,提出了一种基于PID与Luenberger Observer观测器相结合的控制算法,该算法通过在电机负载增加一对反馈电阻来消除噪声,对比常规PID算法,该控制器算法不仅能够消除低频噪声,而且对高频噪声处理方面也有着明显的优势。在MATLAB/Simulink中建立了音圈电机仿真模型,仿真结果表明,对比常规PID算法,该算法在高频噪声方面具有更强的去噪能力,最后通过实验证明了该算法具有更好的位置定位效果。     

压电悬臂梁振动模糊滑模控制

针对压电悬臂梁的振动问题,该文提出了一种模糊滑模主动控制策略,以在抑制悬臂梁振动的基础上减小抖振。根据均质梁单元和压电梁单元运动方程引入状态向量,建立了压电悬臂梁的状态空间方程。通过平衡截断法对压电悬臂梁模型进行降阶,以提高计算效率,并以降阶模型为对象设计了模糊滑模控制器。运用模糊规则调节切换增益,饱和函数替换符号函数,有效地减小了滑模控制的抖振现象,利用Lyapunov函数证明其稳定性。结果表明,基于饱和函数的模糊滑模控制不仅能控制压电悬臂梁的振动,还能降低抖振现象。     

分布传感／执行器智能梁的振动控制及APDL仿真

研究了分布传感／执行器智能梁模型的振动控制问题。传感器和执行器选用了压电薄膜PVDF,控制律根据直接位移反馈、负速度反馈和Lyapunov速度反馈设计。研究表明,在本文讨论的悬壁梁模型中,分布执行器控制的效果等效于自由端施加变化的控制力矩,而且速度型反馈明显优于位移型反馈。另外,在仿真的过程中,利用了ANSYS的参数设计语言APDL（ansys parametric design language）,为复杂三维结构的控制仿真开辟了一条可行的途径。     

自适应压电振动盘控制器设计

振动给料机是工业控制自动化中常用的设备,压电振动盘是目前效率和稳定性最高的振动给料机,但在使用过程中存在共振点变化导致效率下降的问题。针对该问题,设计了适用于压电振动盘的自适应控制器。该控制器能够对压电振动盘的振动频率和幅值进行连续调节,模糊PID控制使得振动盘输出幅值保持稳定,自适应算法使振动盘始终工作在最佳振动频率。控制器采用准谐振开关电源,可以消除电网电压波动对系统工作的影响。设计结果表明:该控制器工作性能稳定,驱动效率高且产生的噪音较小。     

压电电磁复合式振动能量采集器模型的研究

针对目前单一化的压电式或电磁式机械振动能量采集装置最大输出功率较低的问题,设计了一种新型的压电电磁复合式能量采集器。通过对复合式能量采集器建立数学模型,推导出了电压、电流及输出功率的表达式。然后对复合式能量采集器的输出功率特性进行数值仿真,并设置压电片内阻值及其他参数条件,对比分析复合式能量采集器模型与单一的压电式或电磁式能量采集器模型,理论上输出功率提高了38.2%和4.74%。最后通过对采用悬臂梁结构的振动能量采集器的具体实验数据进行分析,论证了压电电磁复合式能量采集器输出功率的高效性。     

面向负载功率的压电悬臂梁研究

基于电路负载阻抗匹配原理,为最大程度利用压电悬臂梁发电装置收集环境振动能量,保证压电悬臂梁外接负载能够正常工作,需要研究压电悬臂梁结构参数对其最佳输出功率以及相对应外接负载匹配阻值的影响。该文通过压电电路分析,研究了基板和压电陶瓷片的长度、厚度、宽度和质量块质量对压电悬臂梁最佳输出功率以及相对应负载匹配阻值的影响。结果表明,一定范围内,增加基板长度、压电陶瓷片厚度、质量块质量可以增加压电悬臂梁外接负载匹配阻值,增加基板厚度、压电陶瓷片长和宽可降低压电悬臂梁外接负载匹配阻值;随着基板长度、压电陶瓷片宽和长、质量块质量的增加,压电悬臂梁最佳输出功率得到显著提高,基板宽度对压电悬臂梁最佳输出功率基本无影响,增加压电陶瓷片的厚度,压电悬臂梁最佳输出功率先增加后降低,存在一个最佳输出功率。     

一种回折梁结构低频压电能量采集器

为满足振动频率在一定范围内变动,且在空间有限的环境下无线传感器系统的自供能需求,设计了一种具有3个自由度的回折梁振动压电能量采集器。基于系统结构和工作原理,进行了理论分析及建立了回折梁结构有限元模型,并对该模型进行了有限元分析和模态仿真。制作回折梁压电能量采集器的原理样机,搭建试验平台,在振动台上进行试验。试验结果表明,理论分析、有限元模拟结果与实验结果吻合,在3.5～8.5 Hz低频振动下能产生大于5 V的电压,最高输出电压约为17.5 V,是传统单梁结构的1.4倍,且具有3个输出电压峰,工作带宽为传统单梁结构的4.5倍,实现了宽频效果。所提出的回折梁结构压电能量采集器在低频、振动频率变化的环境中有效且自适应。     

新型风力压电发电装置设计及发电性能

为了利用压电发电装置采集自然界中的风能,并解决传统压电发电装置受外界振源限制的缺陷,设计了一种新型的风力压电发电装置。对装置中的悬臂梁压电振子进行了发电电压的理论分析及有限元验证,结果表明,压电振子发电电压的理论计算结果与ANSYS仿真结果基本吻合,两者之间的误差仅为0.54%。在此基础上,运用ANSYS有限元软件来计算该新型风力压电发电装置的发电能力,计算得到装置在振幅为1 mm、频率为20Hz的简谐力作用下,一个悬臂梁压电振子所产生的电压为30.1V。为了获得最佳的发电性能,对发电装置的结构参数进行了优化设计,研究结果表明,当悬臂梁压电振子的上表面比风车轴凸轮上凸点的最低点位置高2mm时,该装置具有最佳的发电性能,一个悬臂梁压电振子可产生约60.3V的发电电压。     

压电智能应用于柔性悬臂梁振动控制系统研究

基于模糊控制的振动控制方法,针对柔性悬臂梁,设计了相应振动控制器。采用电桥电路法分离出压电自感知执行器的感知信号,通过传感器将采集进来的信号,由最优控制理论离线计算得到理论输出值。并将理论输出值与对应的系统输入值对应起来,从而建立拥有最优解的模糊控制规则表。通过传感器采集系统状态并经过处理得到输出信号,作用于执行器上对柔性梁的振动进行抑制。仿真结果表明,采用的控制器对于改善振动快速控制是非常有效的。