基于惯性作动器结合PID控制器实现结构振动主动控制

摘要

振动主动控制技术是航空航天领域重要研究课题之一，对降低振动引起的飞行噪声、提高飞行舒适度、延长飞行器疲劳寿命具有重大的经济价值和现实意义。本文从惯性作动器和 PID控制器两方面对振动主动控制进行了理论和实验研究，主要研究工作包括下述内容：
　　首先，论文介绍了振动主动控制技术的特征和概况，阐述了惯性作动器和PID控制器在振动主动控制领域的国内外研究与发展现状，提出了本文的研究方向和主要工作内容。
　　其次，建立单自由度系统，分别讨论理想力和惯性作动器两种情况下，采用PID反馈控制，单自由度系统的振动响应。并运用MATLAB仿真系统的稳定性和控制效果，仿真结果显示：理想控制力能使系统达到理想的控制效果；当惯性作动器作为控制力的输出时，因惯性作动器动态特性的存在，系统的稳定性受到破坏，出现控制溢出现象，控制效果受到限制。并且，在选取合适的控制增益时， PID控制相比P、PI和PD等控制的控制效果是最好的。
　　梁结构作为结构中的基本组成单元，被大量应用在航空航天、基础建筑设施、工程机械等领域。在单自由度系统振动主动控制的研究基础上，从实际工程应用出发，建立悬臂梁振动主动控制系统。对悬臂梁进行模态分析，建立其状态空间方程。取悬臂梁前五阶固有频率，运用 MATLAB仿真其在 P、I、D、PI、PD和PID等控制情况下的稳定性和控制效果，仿真结果表明，惯性作动器能有效的抑制悬臂梁的振动，且PID控制效果最佳。
　　最后，为了验证相关理论在实际悬臂梁系统中的应用效果，设计和搭建了悬臂梁振动主动控制实验系统，选用VISATON EX45S惯性作动器，以PID反馈控制策略，进行了振动主动控制实验研究。

目录

第一章 绪 论

1.1 课题的研究目的

1.2 课题的研究背景

1.3作动器研究现状

1.4本文主要研究内容

第二章 单自由度系统的反馈控制

2.1 基础激励下的单自由度系统振动分析

2.2 单自由度系统在理想点力作用下的反馈控制

2.3 反馈控制系统的稳定性分析

2.4 控制效果分析

2.5惯性作动器作用下的单自由度系统振动分析

2.6 惯性作动器反馈控制下的单自由度系统振动分析

2.7稳定性分析

2.8 控制效果分析

2.9本章小结

第三章 悬臂梁系统振动主动控制仿真

3.1 悬臂梁系统分析

3.2 悬臂梁系统在理想点力作用下的振动分析

3.3悬臂梁系统在惯性作动器作用下的反馈控制效果分析

3.4 本章小结

第四章 悬臂梁振动主动控制实验研究

4.1 引言

4.2 实验系统概述

4.3 PID控制电路设计

4.4 实验过程与结果分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究总结

5.2 不足之处与展望

附 录 A扬声器作为惯性作动器的结构振动主动控制研究

参考文献

发表学术论文和参加科研项目情况

致谢

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