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振动与冲击
第卷第期
考虑粘贴效应和测量噪声的压电作动器/传感器优化配置
詹训慧, 王永
中国科学技术大学自动化系,合肥
摘要:针对柔性结构振动主动控制中的作动器/传感器配置问题,提出了一种在考虑粘贴效应和测量噪声情况
下的优化配置方法。首先,在一定条件下,把配置位置有限化;然后利用卡尔曼分离原理,先进行作动器配置,在此基础上
进行传感器配置,而不必同时进行优化配置,从而减少了优化计算量,并给出在测量噪声情况下的最优配置结果。柔性梁
数值仿真结果表明该方法的有效性和快速性,也同时给出了非同位配置结果,与以往配置结果相比尤其是传感器位置有
一定的改变。
关键词:柔性结构;振动控制;压电作动器/传感器;优化配置;粘贴效应;测量噪声
中图分类号: 文献标识码:
在柔性结构的振动主动控制中,压电材料作为作本文针对以上情况,考虑了压电作动器/传感器对
动器和传感器逐渐被广泛使用。而作动器/传感器的结构本身的影响,以及在结构存在噪声情况下的优化
配置问题也显得尤为重要,如果其位置不合适,便会影配置。为方便引入压电片的影响,引入偏微分方程描
响系统的控制效果,并导致整个系统的不稳定。因此, 述系统,然后进行离散化。而后采用基于控制方
作动器/传感器的优化配置问题便显得非常重要。法的优化配置准则,利用卡尔曼分离原理,将作动器和
压电陶瓷粘柔性结构中,会改变结构的质量传感器的配置分离开进行优化计算,减少了计算量。
和刚度矩阵,从而引发结构自然频率和阻尼比的改变, 文中以粘贴了一对压电陶瓷片的悬臂梁为例,考虑和
结构的振型也随之改变。而且,不同的位置,带来的影分析了压电片对结构的影响,然后给出了在噪声情况
响也不相同。因而,优化配置中要考虑压电片带来的下的压电作动器/传感器优化配置结果,从而得到了非
影响。以往的配置结果大多数没有考虑粘贴效应带来同位的配置结果,尤其是传感器得位置,与通常配置结
的影响,而文献也指出了粘贴压电片后对柔性结构果有明显不同。
的影响。
作动器/传感器的优化
作动器/传感器的优化配置问题中优化准则很多,
从控制角度来看,大体可以分为两类:一类是以开环性柔性结构本质上是一个无穷维系统,在实际工程
能为指标,比如能观能控性准则或其综合等,另一中,我们只能也只需要有限个作动器来进行控制。本
类是以闭环性能为指标,如和提出文考虑了单点优化情况。
了以控制作用使系统能量损耗最大的优化配置准则, . 基本假设及对象的描述
采用这种优化准则可以同时对作动器/传感器位置及考虑一根粘贴两块压电片的悬臂梁,对梁和压电
反馈增益进行优化,更多的参见文献。等提出片以及粘贴作如下假设:
了另外一种优化准则,在控制作用与结构振动响应之梁结构和压电片均为各向同性材料。
间建立了联系。这一类问题的最终结果归结于求解一压电片理想地粘贴在梁上,其中心线和梁的中
个强非线性函数的约束优化问题,当采用拟牛顿法等心线重合。
非线性优化算法求解时,不仅计算量大,对初始值依赖压电片在电压作用下产生纯力矩。
大,而且常常陷入局部最优解,不容易获得全局最优在上述基本假设前提下,梁的长度、宽度、厚度、密
解,导致寻优失败,。文献提出的复合全局优化方