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基于压电驱动器的柔性臂扭振控制研究

董春兵  
【摘要】:本文研究了柔性结构扭转振动主动控制问题,设计了一种基于压电材料(采用压电常数d_(15))的新型智能扭振抑振的驱动器,建立了一个双连杆柔性臂实验模型及测控系统,采用合适的控制策略,根据柔性结构的振动情况,通过位移反馈,改变输入压电驱动器的电压以实现压电驱动器输出扭矩大小和方向的改变,进行了抑制柔性结构的扭转振动的研究。 绪论综述了本文的研究意义,阐述了扭振抑振所采用的驱动器、扭振检测、扭振抑振策略以及国内外研究现状等情况,最后论述了本论文的研究目的以及本论文所开展的工作。 第二章介绍了压电驱动器的设计,首先概述了压电陶瓷的压电效应、微观机理,以及压电效应的应用,接着阐述了压电驱动器的制作原理及具体制作流程。 第三章介绍了所开发的硬件系统,设计了外围控制板、驱动电源以及用于实验的自由激励系统、测量系统。 第四章介绍了系统软件设计,阐述软件所包括的模块——采样显示模块,激励模块,控制算法模块的原理及设计,并着重介绍了编程软件VC中数据处理软件MATLAB的嵌入以增强的振动信号处理模块。 第五章介绍了柔性臂扭振系统实验模型及控制策略的设计,建立了系统的动力学模型,设计了二次型最优控制器。为了指导实验,在实验之前对柔性臂系统受控前和受控后的情况进行了一系列仿真,仿真结果表明,该控制器能有效抑制柔性臂系统的扭转振动,并用直流电机作为驱动器进行了部分相关实验,验证了柔性臂扭振抑振测控系统的有效性。 最后概括了本论文的主要工作,得出了相关结论并对本课题下一步的发展提出了展望。


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