基于悬臂梁的振动控制方法研究

作     者：牟景林 

作者单位：河北工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：林涛

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：主动振动控制 变步长最小均方算法 滤波型最小均方算法 

摘      要：随着航空航天事业的发展,精密航天设备与装置的应用不断增多,其精度要求越来越高。但航天器在轨运行的振动不可避免,就航天器本体结构而言,大型天线、太阳能电池板、空间机械臂、航天器基础构架及空间可展开系统等空间结构具有刚度低、阻尼小的特性,另外,太空环境的空间阻尼极小,这些因素都致使航天器很容易受到内外干扰而发生振动,以致影响航天设备正常运行。因此对航天设备与装置的实时振动控制,已成为航天工程领域亟待解决的关键技术问题。其中对航天设备与装置的建模方法和振动控制方法是研究的重要部分,对航天事业的发展具有重要的科学和应用价值。本文主要针对在外力作用下柔性结构的振动及控制的问题,基于对柔性悬臂梁控制的现状的研究以及未来的发展状态,并利用压电悬臂梁作控制的对象,从而分析其震动的控制问题。在此基础上,利用最优计算法制作柔性悬臂梁振动器,在压电执行器使用中促使柔性悬臂梁主动控制。紧接着论述滤波型最小均方算法及变步长滤波型最小均方算法,通过仿真及实验验证了变步长滤波型最小均方算法对柔性悬臂梁的振动控制效果。本论文主要研究内容和所做工作如下:对最小均方自适应算法及其变步长改进型算法进行研究:研究推导了最小均方算法的理论基础,论述了前人提出的12种变步长最小均方算法,分析了各算法迭代特点,为振动主动控制提供算法改进基础。建立柔性悬臂梁系统的状态空间方程:柔性悬臂梁挠度和弯度的关系是从振动理论中得出,并在动静法的基础上得出了柔性悬臂梁振动微分方程,依据电压效应,建立振动执行方程以及压电传感器的同时将模态分析法引入其中,将压电悬臂梁系统方程建立起来。在前馈滤波自适应算法的机构中验证12种变步长最小均方算法的振动主动控制效果,将最终稳态误差标作为比对标准,对比各个变步长最小均方算法在滤波结构中的抑振性能。