含伸展构件的柔性旋转压电智能梁的振动控制

发布时间：2023-07-25 01:06

　　近年来,含伸展构件的柔性机械臂系统被广泛应用于航天工程和工业生产等领域。这类系统在运动过程中会诱发其产生振动,并可能影响自身的寿命和定位精度,因此本文基于绝对节点坐标法,对含伸展构件的柔性旋转压电智能梁系统进行动力学建模及振动控制分析。主要研究内容有:(1)对压电悬臂梁的非线性动力学问题,基于绝对节点坐标法,建立了考虑压电片影响的压电悬臂梁非线性动力学方程。利用文献中经典的双压电晶体悬臂梁的算例验证了本文理论建模的正确性。(2)对轴向伸展的压电悬臂梁,给出随着梁的轴向伸展,压电片位置的变化,采用变长度单元划分单元的方法,建立其动力学方程。计算了不同伸展速率下,轴向伸展压电悬臂梁的末端挠度,结果表明伸展速率越大,其振动频率越小。(3)对轴向伸展的压电悬臂梁的振动控制问题,设计了PID和模糊PID控制器,比较两种控制器在相同条件参数下,对以不同速率伸展的悬臂梁末端挠度的控制效果,结果表明梁伸展的速率越大,越有利于振动控制。(4)对含伸展压电悬臂梁和柔性压电旋转梁的系统进行振动控制分析,建立了梁系统的动力学方程。在悬臂梁匀速伸展有变形的情况下,分析压电片对旋转梁末端的绝对位移,旋转角度和末端...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 概述及国内外研究进展
        1.2.1 压电智能结构在振动控制领域的研究现状
        1.2.2 柔性机械臂系统的研究现状
        1.2.3 柔性臂振动控制算法研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 压电智能悬臂梁的动力学建模
    2.1 一维二节点梁单元模型
    2.2 压电智能悬臂梁单元动力学方程的建立
        2.2.1 梁单元的动能
        2.2.2 梁单元的势能
        2.2.3 压电材料的传感致动分析
        2.2.4 梁单元的外力功
        2.2.5 梁单元的动力学方程
    2.3 梁整体的动力学方程
    2.4 动力学方程组的求解
    2.5 算例验证及分析
        2.5.1 双压电晶体悬臂梁的非线性挠度计算
        2.5.2 压电悬臂梁的固有频率分析
    2.6 本章小结
3 轴向伸展压电智能悬臂梁的动力学建模
    3.1 轴向伸展压电智能悬臂梁的描述
    3.2 梁单元动力学方程的建立
        3.2.1 变长度梁单元的描述
        3.2.2 动能的变分
        3.2.3 势能的变分
        3.2.4 外力所做的功
        3.2.5 变长度梁单元的动力学方程
    3.3 伸展智能梁整体的动力学方程
    3.4 算例分析
    3.5 本章小结
4 轴向伸展压电智能悬臂梁的振动控制
    4.1 PID控制器的设计
    4.2 模糊PID控制器的设计
        4.2.1 输入、输出量设计
        4.2.2 模糊规则库的设计
    4.3 状态空间的实现
    4.4 算例仿真与分析
        4.4.1 不同压电片长度控制效果比较
        4.4.2 不同伸展速率对伸展悬臂梁末端挠度控制效果影响
    4.5 本章小结
5 含伸展压电悬臂梁和柔性压电旋转梁系统的振动控制
    5.1 组合梁系统动力学方程的建立
    5.2 组合梁系统状态空间方程的实现
    5.3 算例仿真与分析
        5.3.1 压电片对旋转梁系统影响的动力学分析
        5.3.2 伸展悬臂梁无变形时旋转梁上不同压电片数量与位置控制效果分析
        5.3.3 悬臂梁匀速伸展有变形时梁系统的振动控制分析
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 主要结论
    6.2 工作展望
致谢
参考文献



本文编号：3836866