,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2012-2-19,#,学习汇报,压电智能材料用于结构振动主动控制的研究,钟声,压电智能材料的发展,控制方法分类,具体控制方法的工作原理,主要内容：,压电效应可分为正压电效应和逆压电效应。,正压电效应是指：当晶体受到某固定方向外力的作用时，内部就产生电极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷。,形变 电荷转移 （传感器）,逆压电效应是指对晶体施加交变电场引起晶体机械变形的现象,外施电场 电荷转移 形变 （作动器）,1.,压电材料,压电陶瓷：压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料。,压电聚合物（,PVDF,）：上世纪,70,年代在日本问世的一种新型高分子压电材料，属于人工合成的电场取向型的高聚合物压电材料。,压电复合纤维：一种新型的压电换能器材料，由两相或多相材料复合而成的压电材料。常见的压电复合材料是由压电陶瓷相（如,PZT,）和聚合物相（如聚偏氟乙烯或环氧树脂）复合而成。,常用的压电材料有：,被动控制：经典的振动控制主要是被动控制为主。所采取的方法只要有设置隔振器，减振器，采用大阻尼复合材料。,特点就是：结构简单，工作可靠，易实现,缺点：适应性差，对低频振动尤其是超低频振动抑制效果差。,2.,振动控制,主动控制：主动控制又称有源控制，具有明晰的反馈回路，是一种以动制动的振动控制方式。,结构主动控制由于具有频带宽，适应性强等优点，已经成为国内外振动工程界研究的热点。,缺点：受多种因素影响，可靠性那难以保证。,混合控制：它集合了主动控制和被动控制的两种控制方法的优点，并避免各自缺点。,难点：如何将主动控制和被动控制有机的结合起来，是目前主被动混合控制研究面临的一个难题。,直接输出反馈法,正位反馈控制法,前馈控制法,自适应控制法,鲁棒控制法,神经网络控制法,模糊,PID,控制法,3.,主动控制分类,正位反馈（,PPF,）是基于模态空间的一种控制算法。,用传感器测得受控对象振动下的位置坐标信号，正位反馈（,PPF,）控制器对该位置坐标信号进行处理产生输出信号，致动器在控制器输出信号的控制下作用于受控对象，对受控对象的振动进行抑制。,正位反馈控制算法非常适合致动器,/,传感器对位控制。,正位反馈控制,正位反馈控制,受控对象,（悬臂梁）,传感器,（激光位移）,ANSYS,模态有限元分析,信号调理,驱动系统,控制算法,控制器,压电驱动器,正位反馈控制数字控制,插值算法等,电压放大器,PZD700,数据采集卡（,windows,、,C+,）,二阶系统，采用对位控制的正位反馈控制系统，其动力学方程可以表述为,:,结构：,控制器：,（,1,）参数,f,的选取,（分,3,种情况讨论）,当控制器的频率,f,和结构的固有频率,相差较大时，,PPF,控制器主要对原系统得刚度产生影响，对原系统得阻尼影响很小。当只有当控制器的频率,f,接近结构的固有频率,时，才能达到系统的最大阻尼，从而达到抑制振动的目的。本实验选取控制器,f,为结构频率,的,1.3,倍,。,（,2,）参数,f,的选取,1,阻尼比的值较小时，相角过渡比较慢，坡度较缓，可以增大主动阻尼的作用域,.2,阻尼比较大时，相角变化较迅速，坡度比较陡峭，主动阻尼作用增大，但作用域较小。,正位反馈控制的参数选取,兼顾主动阻尼作用 和作用域，,f,大致的范围都在,0.010.5,之间,（取,0.2,）,（,3,）参数,g,的选取,系统的闭环传特征方程为：,由,霍尔维茨,稳定判据可知，系统稳定的充分必要条件是,霍尔维茨,矩阵的各阶主子式均大于零。这些主子式可以简单表示如下,由,M,1,、,M,2,、,M,3,、,M,4,大于零可推出,0,g,1,，当且仅当,PPF,控制器的反馈增益,0,g,1,时，系统是稳定的。,可以通过实验凑试法来确定增益,g,。使其能使系统具有最大的闭环阻尼，又不会出现大的超调现象。,经典和现代控制理论都要建立在被控对象精确的数学模型上,模糊控制不用建立数学模型。根据实际系统的输入输出数据，并参考操作人员的经验，就可对系统进行控制。,优点：模糊控制对单位阶跃响应具有速度较快、精度较高、对参数变化不敏感。容易找到系统的这种选择，使控制效果由于常规控制器。,模糊控制,一般的模糊系统有以下四个必备要素：模糊化、模糊规则、模糊推理、去模糊。,模糊控制原理,在主动振动控制中，输入,e,和,ec,分别表示振动幅度及其变化率，输出变量,u,是一个电压信号，通过放大器作用于压电作动器。,在模糊控制当中，引入隶属函数将变量,e,、,ec,、,u,转化成语言变量。并且语言变量对应着七个语言集，,例如,NB,NM,NS,ZO,PS,PM,PB,，简称“负大”，“负中”，“负小”，“零”，“正小”，“正中”，“正大”。,If E is,NB,and,EC,is,NB,then U is,PB,If E is ZO and,EC,i,s,NB then U is,PB,难以用精确解析式表达的关系，可用规则语言来表示，根据是专家经验。,解模糊的主要目的就是将模糊推理的结果以数字值输出以作用与实际控制。有很多种解模糊方法。如最大隶属法、系数加权平均、中位数、重心法等。,重心法：,式中,u,（,k,）是模糊控制器输出，,k,是时间步长，,y,是使隶属函数去的最大值的点，,M,是总规则数,解模糊,历史最悠久，生命力最强的控制方法。迄今为止最通用的控制方法。,优点：原理简单、适应性强、鲁棒性强、不依赖于对象的精确模型,缺点：对于时变系统和非线性系统，传统的,PID,控制是无能为力的,PID,控制,由于模糊控制对高振幅的振动有着非常快的抑制作用，但对于较小振幅的振动则显得不是很敏感；对于较小振幅的振动，采用,PI,控制器进行处理，积分系统可以很好地减少系统的稳态误差。,模糊,PID,控制,1.,分类：,物理性质：温度、位移、速度,工作原理：电阻式、电动势式、热电式、磁阻式,能量传递方式：有源、无源,输出信号：模拟式、数字式,被检测量：物理量、化学量、生物量,传感器：,将非电量信号变换成电信号，包括能量变换,2.,性能参数：测量范围、线性度、灵敏度、响应速度、工作环境,3.,输出信号特点：,微弱,、大部分是,模拟信号,（需加模数转换器）、,信噪比低,、采用恒压或恒流供电，需加放大、滤波、线性化、温补等,调理电路,4.,传感器电路组成：,传感器,跟随器,放大电路,滤波电路,滤波电路,传感器,跟随器,放大电路,整流电路,输出直流,提高输入阻抗,滤除噪声,滤除交流,输出交流,激光位移传感器,激光发射器,CCD,处理器,霍尔传感器（电流、位移、计数器）,输入,I,U=k,*,I*B,输出,U,B,1.,线性插值法,2.,二次抛物线插值法,3.,牛顿插值法,f(x)=fx0+fx0,x1(x-x0)+fx0,x1,x2(x-x0)(x-x1)+.fx0,.xn(x-x0).(x-xn-1)+Rn(x),插值法,1.,压电作动器位置优化问题,2.,分析主动控制 各类方法特点，寻求优势互补。,谢谢,下一步计划：,