基于模糊PID控制理论的振动主动控制研究

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在飞行器翼翅结构的设计中,结构的轻量化一直是设计的主要目标之一。轻量化设计可以减轻结构的质量,提高运载工具的效率,然而轻量化设计所采用的轻质柔性材料往往具有较小的阻尼,在外界激励的影响下,容易产生长时间大幅度的振动,从而影响翼翅结构的性能,使用寿命大大缩短。所以对翼翅结构的振动主动控制研究具有非常重要的理论意义和工程实用价值。PID控制器以其结构简单、易实现、鲁棒性强等优点,一直是控制领域中应用最广最成熟的控制器。同时,智能控制是现代控制技术的又一个重要领域,它的产生与发展为振动主动控制带来了新的方法和策略。作为智能控制中一个重要的部分,模糊控制可以将工程师的实际经验和控制对象的客观信息融入到控制系统中,给复杂系统特别是无法建立准确模型的控制问题提供了更加良好的解决途径。将智能模糊控制和经典PID控制以不同的方式结合,可以利用各自的优势,有效提高振动主动控制的效果和性能。本文以悬臂梁结构作为被控对象,以美国NASA兰利研究中心研发的新型压电智能材料LaRC-MFC作为致动器,以激光位移传感器作为反馈元件构建了闭环实验系统,对振动主动控制进行了研究。在深入研究PID控制、模糊控制理论的基础上,分别设计了PID控制、模糊控制、模糊PID复合控制、模糊自适应PID控制为策略的振动主动控制方法;以实验建模得到的悬臂梁传递函数作为仿真被控对象,通过MATLAB仿真平台对上述控制方法进行了数值仿真,并对各控制方法进行了性能分析;构建了基于LabVIEW软件开发平台的悬臂梁振动主动控制实验系统,实现了以上控制方法,并对各控制方法进行了对比和性能评估。实验结果表明:PID或者模糊控制可以有效地实现悬臂梁的振动主动控制,所设计的模糊PID复合控制和模糊自适应PID控制能够克服单独的PID或者模糊控制中的不足,在更短的时间内对处于低频共振状态的悬臂梁结构起到减振作用,提高了减振性能,具有更好的控制效果。
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