【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及振动控制，尤其涉及一种基于自适应模糊自抗扰控制器的压电悬臂梁振动控制方法。
技术介绍
1、振动现象在科学研究，工业生产和日常生活中广泛存在，并且随着现代工业与科学技术的发展，人们对军事国防、航空航天、精密加工、交通车船以及土木工程等各个领域追求的不断提高，振动现象在上述领域所产生的负面影响也越来越突出。
2、近年来，由于压电材料的正、逆压电特性，使其在主动振动控制领域得到了广泛应用。现基于压电材料的主动控制基本理论的基础上，建立悬臂梁结构的振动模型，设计控制器实现良好的振动衰减效果。但由于压电材料在使用时会表现出迟滞、蠕变和时滞现象，导致系统存在不确定性、迟滞非线性等问题，因此，亟需设计一种具有实时估计和主动补偿的控制器，以便在跟踪控制上能表现出更好的效果，使振动的悬臂梁尽快达到稳态。
技术实现思路
1、本申请的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种基于自适应模糊自抗扰控制器的压电悬臂梁振动控制方法。
2、为实现本申请的目的所采用的技术方案是：
3、一种基于自适应模糊自抗扰控制器的压电悬臂梁振动控制方法，包括以下步骤：
4、步骤1，选取悬臂梁和压电片的主要参数，根据所述主要参数确定压电作动器的最佳粘贴位置，利用有限元方法构建压电悬臂梁的动力学模型，并建立状态空间方程；
5、步骤2，设计非线性自抗扰控制器；
6、步骤3，引入模糊神经网络控制，对非线性自抗扰控制器的非线性误差状态反馈控制律的参
7、步骤4，利用matlab/simulink仿真研究及labview实验验证压电悬臂梁第一阶模态振动控制效果。
8、在上述技术方案中，所述悬臂梁和压电片的主要参数包括压电片在使用时表现出的滞回、蠕变、非线性特性以及压电悬臂梁受到的外部扰动。
9、在上述技术方案中，步骤1包括以下步骤：
10、s1.1：按照目标要求选取悬臂梁和压电片的主要参数，根据所述主要参数获取压电悬臂梁利用压电作动器主动控制前的响应曲线以及压电悬臂梁的固有频率和振型；
11、s1.2：根据所述响应曲线、所述固有频率和振型确定压电作动器的最佳粘贴位置；
12、s1.3：利用有限元分析软件对压电悬臂梁进行模态分析，构建压电悬臂梁的动力学模型；
13、s1.4：在所述动力学模型的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵的基础上引入状态空间变量，建立压电悬臂梁的状态空间方程。
14、在上述技术方案中，所述非线性自抗扰控制器包括：跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性误差状态反馈控制律(nlsef)三部分。
15、在上述技术方案中，步骤2具体包括以下步骤：
16、s2.1：设计跟踪微分器；
17、s2.2：设计扩张状态观测器；
18、s2.3：设计非线性误差状态反馈控制律。
19、在上述技术方案中，所述设计跟踪微分器包括：通过数值计算使跟踪微分器输出位移信号，并快速跟踪跟踪微分器的期望位移信号，提取跟踪微分器的微分信号；通过配置跟踪微分器的速度因子和积分步长，控制跟踪微分器的跟踪过程的过渡时间和跟踪效果。
20、在上述技术方案中，所述设计非线性误差状态反馈控制律包括：利用所述扩张状态观测器获得总扰动的估计值，并计算所述跟踪微分器与扩张状态观测器之间的信号偏差与微分信号偏差，根据跟踪微分器与扩张状态观测器之间的信号偏差和微分信号偏差设计带有总扰动补偿的控制输入。
21、在上述技术方案中，设计非线性误差状态反馈控制律的误差控制量方程如下：
22、
23、
24、
25、式中，e1代表跟踪微分器与扩张状态观测器之间的信号偏差，e2代表跟踪微分器与扩张状态观测器的微分信号偏差，k1、k2代表控制器增益参数，u代表误差控制量，q1代表输入信号的跟踪信号、q2代表输入信号的微分信号，代表观测信号，代表观测信号的微分信号，代表总扰动的估计值，b代表控制器增益。
26、在上述技术方案中，所述引入模糊神经网络控制，对非线性自抗扰控制器的非线性误差状态反馈控制律的参数自整定包括：
27、将振动幅值的误差和幅值误差的微分作为模糊神经网络的输入，通过模糊神经网络的模糊推理向非线性自抗扰控制器输出两个控制器增益参数，并确定模糊神经网络的输入和输出变量的模糊子集{nb,nm,ns,ze,ps,pm,pb}，定义各个模糊子集的隶属函数为正态分布；
28、模糊神经网络的输入层的节点与输入量的各个分量连接，接收振动幅值误差和幅值误差的微分并传至模糊神经网络的隶属函数层；
29、模糊神经网络的隶属函数层接收输入层输出的振动幅值误差和幅值误差的微分，通过正态分布公式分别将所述振动幅值误差和幅值误差的微分两个变量映射到模糊神经网络的输入和输出变量的模糊子集上，得到两组隶属度值；
30、模糊神经网络的模糊推理层的每一个输出节点对应一个模糊规则，并输出通过计算得到的每个模糊规则的隶属度值；
31、模糊神经网络的归一化层，对所有模糊规则的隶属度值进行归一化；
32、模糊神经网络的第五层为输出层，对得到的模糊规则的隶属度值进行线性变换，得到输出结果。
33、在上述技术方案中，步骤4包括以下步骤：
34、s4.1：利用matlab/simulink对自抗扰控制器及模糊神经网络自抗扰控制器进行仿真研究，给予压电悬臂梁一阶模态频率，幅值为6v正弦激励，激励5s后撤销激励，0.2采样一次，观察压电悬臂梁在的自由振荡曲线；
35、s4.2：与步骤4.1相同的条件下，激励压电悬臂梁5s后各控制器开始起作用，观察自抗扰控制器、比例积分微分控制控制下及无控时压电悬臂梁的自由振荡曲线；
36、s4.3：利用激光位移传感器实时采集压电悬臂梁自由端的振动位移信号，并将数据传送到数据采集卡，数据采集卡将激光位移传感器采集到的振动位移信号传输到利用labview构建的模糊神经网络自抗扰控制器进行处理，所述模糊神经网络自抗扰控制器发出控制指令，通过电压放大器根据控制指令，将控制电压放大一定倍数使其达到压电作动器的有效工作电压，并作用到压电作动器上，从而实现控制；
37、s4.4：并在与步骤4.1相同的条件下激励压电悬臂梁，激励5s后撤销激励的自由振荡效果，观察模糊神经网络自抗扰控制器控制下及无控时压电悬臂梁的自由振荡曲线。
38、本专利技术的有益效果如下：
39、1、本专利技术提出的自抗扰控制器，能够有效地解决由于压电片的使用导致系统存在的不确定性、迟滞非线性等问题；且扩张状态观测器可以进行实时估计，同时主动补偿振动衰减效果会更好，能够更快达到稳态。
40、2、本专利技术的模糊神经网络自抗扰控制器不本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于自适应模糊自抗扰控制器的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述悬臂梁和压电片的主要参数包括压电片在使用时表现出的滞回、蠕变、非线性特性以及压电悬臂梁受到的外部扰动。
3.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述非线性自抗扰控制器包括：跟踪微分器(TD)、扩张状态观测器(ESO)和非线性误差状态反馈控制律(NLSEF)三部分。
5.根据权利要求1或2所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述设计跟踪微分器包括：通过数值计算使跟踪微分器输出位移信号，并快速跟踪跟踪微分器的期望位移信号，提取跟踪微分器的微分信号；通过配置跟踪微分器的速度因子和积分步长，控制跟踪微分器的跟踪过程的过渡时间和跟踪效果。
7.根据权利要求5所述的压电悬臂梁振动控制方
8.根据权利要求5所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，设计非线性误差状态反馈控制律的误差控制量方程如下：
9.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述引入模糊神经网络控制，对非线性自抗扰控制器的非线性误差状态反馈控制律的参数自整定包括：
10.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，步骤4包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于自适应模糊自抗扰控制器的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述悬臂梁和压电片的主要参数包括压电片在使用时表现出的滞回、蠕变、非线性特性以及压电悬臂梁受到的外部扰动。
3.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，步骤1包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述非线性自抗扰控制器包括：跟踪微分器(td)、扩张状态观测器(eso)和非线性误差状态反馈控制律(nlsef)三部分。
5.根据权利要求1或2所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，步骤2包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的压电悬臂梁振动控制方法，其特征在于，所述设计跟踪微分器包括：通过数值计算使跟踪微分器输出位移信号，并快速跟踪跟踪微分器的期望...
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