压电扭转驱动器及其在柔性杆扭转振动控制中的应用研究

摘要

针对柔性杆的扭转振动主动控制问题，结合国家自然科学基金项目的研究任务，本文对柔性杆的扭转振动主动控制技术进行了系统、深入的理论和试验研究，设计了一种基于压电材料的扭转振动驱动器，采用粒子群算法对驱动器、传感器的布局位置进行了优化配置，并组建了柔性杆系统扭转振动控制试验平台，通过理论分析、数值仿真与实验研究，获得了较好的振动抑振效果。 第一章综述了扭转振动控制的研究意义与背景，阐述了扭转振动主动控制所采用的扭转传感器、扭转驱动器、振动控制中的常用控制算法以及国内外扭转振动控制的研究现状，最后论述了本论文的主要研究内容。 第二章概述了压电材料的压电效应和压电方程，设计了一种基于d15压电效应的采用轴向极化方式的压电扭转驱动器，并推导了此驱动器的输出扭矩，接着阐述了此驱动器的制作加工工艺，最后论述了电阻应变传感器测量扭转振动的基本原理。 第三章提出了一种由柔性杆、压电扭转驱动器和电阻应变传感器组成的柔性杆系统，针对此柔性杆系统中压电驱动器、传感器的位置优化配置问题推导了系统的动力学方程，得出了系统状态空间表达式。选取最大耗能准则为优化准则，运用粒子群算法对压电驱动器、传感器的布局位置进行了优化。 第四章简述了PID控制算法在主动控制的应用，考察了扭转振动驱动器的控制效果，并对驱动器分别配置在根部、中部和末端三种状况进行了仿真分析，验证了相关位置优化理论的正确性。 第五章构建了基于工业PC机为核心的柔性杆系统的振动主动控制试验系统，对试验系统的硬件、软件进行了阐述，采用PID控制进行了柔性杆系统的扭转振动主动控制试验研究。试验结果验证了相关位置优化理论的正确性。 第六章对全文进行了总结，并对未来的工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究意义及背景

1.2振动主动控制技术

1.3国内外扭转振动控制研究现状

1.4本论文的研究内容

第二章 扭转振动主动控制的驱动器和传感器

2.1压电材料的发展及其应用

2.2压电效应和压电方程

2.3压电扭转驱动器

2.4电阻应变扭转传感器

第三章 柔性杆系统中驱动器/传感器的优化配置

3.1引言

3.2柔性杆系统建模

3.3优化准则

3.4柔性杆系统中驱动器/传感器的优化配置

第四章 主动控制中的控制算法与仿真

4.1基于PID控制算法的仿真介绍

4.2 PID主动控制仿真研究

第五章 柔性杆主动控制试验研究

5.1引言

5.2柔性杆主动控制实验系统

5.3柔性杆系统振动主动控制试验研究

第六章 结论与展望

6.1主要工作及结论

6.2展望

试验系统附图

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢