Medição de vibração visual a laser em três vigas flexíveis e controle adaptativo difuso por modo deslizante

HU Zhongli ,  

QIU Zhicheng ,  

LI Min ,  

摘要

A estrutura acoplada de três vigas flexíveis é amplamente utilizada no campo aeroespacial, como em braços mecânicos espaciais. Para realizar o controle ativo de vibração de um sistema multi-corpo flexível móvel composto por três vigas piezoelétricas flexíveis acopladas, este artigo projeta um controlador adaptativo difuso por backstepping com modo deslizante (ABFSMC) e utiliza um sensor de deslocamento a laser e um sistema de medição visual de vibração a laser linear para medir com alta precisão a vibração das vigas flexíveis. O sistema inclui duas vigas piezoelétricas flexíveis acopladas por uma mola e uma viga flexível independente. Foi estabelecido um modelo dinâmico do sistema, combinando a transformada wavelet e o algoritmo de otimização Frost Ice para otimização e identificação dos parâmetros das equações do espaço de estados, obtendo assim um modelo mais preciso e próximo da realidade. Com base no controlador ABFSMC proposto, foram realizadas medições de vibração, simulações de controle e estudos experimentais sob duas formas de excitação: excitação pontual e excitação com trajetória trapezoidal. Os resultados experimentais mostram que o sistema de medição visual a laser linear possui alta precisão de medição, com erro inferior a 0,1 mm; sob excitação pontual, o controlador ABFSMC pode suprimir efetivamente a vibração do sistema acoplado de duas vigas flexíveis em cerca de 9 segundos, enquanto o controlador PD tradicional necessita de cerca de 15 segundos para alcançar o mesmo efeito; no sistema de dupla viga sob excitação de trajetória trapezoidal, assim como no sistema de viga única sob excitação pontual e de trajetória trapezoidal, o controlador ABFSMC também demonstrou uma capacidade mais rápida para suprimir vibrações. Os resultados indicam que o controlador ABFSMC proposto supera significativamente o controlador PD tradicional de alto ganho em desempenho de supressão de vibrações, especialmente na supressão de vibrações de pequena amplitude.

关键词

visão a laser; identificação de sistema; controle ativo de vibração; sistema de três vigas flexíveis; controle adaptativo difuso por modo deslizante por backstepping

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