压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法技术

本发明专利技术公开了压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，建立压电结构的结构以及驱动器一体化有限元模型；本发明专利技术为压电智能变形结构的动态变形控制提供了一种有效的快速、平滑控制算法，可抑制结构在变形过程中的瞬态、残余振动，提升结构控制精度和系统高稳定性；尤其在航空航天、机器人等领域等高精度、高稳定性结构中发挥作用，如变形机翼、可重构天线、柔性机械臂等；当前的控制算法通常仅考虑残余振动抑制或变形过程控制，而且多为闭环控制方法，本发明专利技术给出了动态变形过程的开环控制方法，能够在智能结构变形前规避瞬态、残余振动的产生，从而在未来快速机动、高精度、高稳定性智能结构控制领域发挥作用。

Finite time smooth dynamic deformation control method for piezoelectric structures

【技术实现步骤摘要】
压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法
本专利技术涉及智能结构主动控制
，具体是压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法。
技术介绍
目前压电驱动的智能可变形结构广泛应用于航空航天、机器人等领域(如变形机翼、可重构天线、柔性机械臂等)，以提升结构形状精度和任务适应性。实现快速、平滑的“点到点”的动态变形是实现预期任务需求的关键前提，而由于结构固有的柔性和惯性因素，结构在变形过程中通常会伴有瞬态、残余振动，严重影响控制精度和效果。而一些“点到点”控制方法有输入成形法、两点边值类算法(如有限时间的时变LQ终端控制)等，存在一定的局限性。输入成形法主要解决刚体机动后导致的柔性结构残余振动问题，无法解决运动或变形过程中的瞬态振动，而且规定了变形所需时间；有限时间的时变LQ终端控制则仅关心初始点和终端点之间的控制性能，而无法考虑结构到达目标状态后的响应，不能保证结构稳定在目标状态。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，其特征在于；包括以下步骤：/n步骤1、建立压电结构的结构以及驱动器一体化有限元模型，通过压电结构的动力学方程利用Hamilton原理推导得出；再将所有被动单元和主动单元进行组装，并进行约束处理并得到压电结构总体动力学方程；/n步骤2、构造有限时间的二次型最优问题，时刻t

【技术特征摘要】
1.压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，其特征在于；包括以下步骤：
步骤1、建立压电结构的结构以及驱动器一体化有限元模型，通过压电结构的动力学方程利用Hamilton原理推导得出；再将所有被动单元和主动单元进行组装，并进行约束处理并得到压电结构总体动力学方程；
步骤2、构造有限时间的二次型最优问题，时刻t0的系统状态、输入和输出分别为X0、u0和y0，系统在时刻tf到达预期的控制输出yd，并能够保证结构在变形过程中避免激发结构瞬态振动、减少时刻tf之后的残余振动；
步骤3、优化问题，设计变量、目标函数和约束条件。


2.根据权利要求1所述的压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，其特征在于，步骤1中，对于不包含压电材料的普通单元，动力学方程可表示为：
a、
其中，uN为节点位移向量；为单元质量阵、刚度阵。


3.根据权利要求2所述的压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，其特征在于，步骤1中，而带有压电作动器的主动单元动力学方程可表示为：
b、

为压电材料产生的附加质量阵、刚度阵；fp为压电作动器产生的驱动力或力矩，可基于载荷比拟法得到。


4.根据权利要求3所述的压电结构的有限时间平滑动态变形控制方法，其特征在于，根据步骤1，利用模态降阶法与模态截断，可得到低阶动力学方程如下：
c、
q为广义坐标，ω、ζ为系统固有频率与阻尼比；为广义矩阵。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王晓明，寻广彬，蒋建平，吴志刚，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44