基于壓電摩擦阻尼器的模糊控制分析與試驗研究.pdf

1、普通摩擦阻尼器構造簡單,性能穩(wěn)定,但摩擦力不可調(diào)節(jié),適應性較差。壓電陶瓷驅(qū)動器響應快,出力大,但驅(qū)動位移較小。模糊控制以模糊集合和模糊語言規(guī)則為基礎,根據(jù)專家經(jīng)驗或現(xiàn)場操作人員的經(jīng)驗知識及操作數(shù)據(jù)確定控制規(guī)則,不需要建立結構精確的數(shù)學模型就可以實現(xiàn)對非線性、時變性的復雜對象的有效控制,但傳統(tǒng)的模糊控制主要是依靠控制專家和操作人員的經(jīng)驗知識來建立模糊控制規(guī)則,其模糊控制系統(tǒng)一般均為比較復雜的非線性函數(shù),且在專家經(jīng)驗缺乏時很難建立完善的控制

2、規(guī)則?；诮馕霰磉_式的自調(diào)整模糊控制僅從函數(shù)形式上考慮模糊控制規(guī)則的實現(xiàn),擺脫了控制規(guī)則對專家經(jīng)驗的依賴,具有較強的適應性和和更加優(yōu)良的控制效果。本文以壓電陶瓷材料的力學性能和摩擦阻尼器的工作原理以及模糊控制理論為基礎,主要進行了以下研究工作:
　　(1)根據(jù)壓電陶瓷驅(qū)動器和摩擦耗能器的主要特點,將其有效結合設計制作了一種新型壓電摩擦阻尼器,分析了這種阻尼器的工作原理和構造方法,推導了相應的阻尼力-電壓本構模型。通過不同預壓力下摩

3、擦系數(shù)和不同輸入電壓下驅(qū)動器出力性能試驗,經(jīng)過線性擬合,建立了新型壓電摩擦阻尼器的滑動摩擦阻尼力與輸入電壓的關系表達式,并將其理論計算出力與試驗結果進行了對比。
　　(2)從模糊變量的選取、論域的制定、模糊化及反模糊化處理方法的選擇、隸屬度函數(shù)的選取、控制規(guī)則的設計等方面,分析了模糊控制器的設計原理和實現(xiàn)過程。應用 MATLAB軟件中的模糊邏輯控制工具箱,采用圖形用戶界面工具,設計了一個雙輸入單輸出的二維模糊控制器,并運用基于解析

4、表達式的自適應模糊控制方法,建立了含有四個調(diào)整因子的模糊控制規(guī)則,設計了相應的模糊控制器。
　　(3)采用文中設計的模糊控制器,運用壓電摩擦阻尼器的控制力方程,基于 MATLAB軟件中的 SIMULINK仿真工具箱,建立了無控和模糊控制時控制系統(tǒng)的計算機仿真模型,對比分析了 El Centro地震波下輸變電塔模型結構在傳統(tǒng)模糊控制規(guī)則和自調(diào)整模糊控制規(guī)則時的地震響應與控制效果。結果表明,采用自調(diào)整模糊控制時,模型結構除一層速度峰值

5、略有放大外,其余各層的位移峰值響應和速度峰值響應都得到了較好地抑制。一般地,位移峰值最大可降低44.64％,速度峰值最大可降低37.96%,說明文中壓電摩擦阻尼器和自調(diào)整模糊控制器對輸變電塔模型結構地震響應控制有效;自調(diào)整模糊控制策略對復雜且難以建立控制規(guī)則的系統(tǒng)具有一定的參考意義。
　　(4)設計制作了一個輸變電塔模型結構并將文中阻尼器安裝于模型結構中,采取以應變響應為輸入的自調(diào)整模糊控制策略,對模型結構進行了模擬地震振動臺試驗