对压电智能悬臂梁振动控制中的压电片的位置、尺寸及其控制参数进行研究。在对压电片和基板的耦合特性进行分析的基础上,建立智能悬臂梁的压电传感、致动方程及基于闭环控制系统的状态方程,并以系统的存留能量作为目标函数,建立压电智能悬臂梁压电片的位置、尺寸和控制参数的优化模型及一阶灵敏度分析表达式,并采用移动渐进线法(Method of moving asymptotes,MMA)对模型进行求解。采用Simulink对优化结果的动态响应特性进行仿真分析,仿真结果表明,采用提出的优化模型及算法对悬臂梁压电片的位置、尺寸和控制参数进行优化是合理的。
随着硬盘的磁密度越来越高,数据存取速度越来越快,要求硬盘的驱动速度更快,寻道精度更高。在这种苛刻的工作条件下,即使是微小的机械振动也会产生数据的读写错误。为了提高其动态响应特性,重点研究采用基于动态柔度的拓扑方法进行硬盘驱动臂的拓扑形态设计,包括硬盘驱动臂拓扑设计的建模、灵敏度分析、拓扑优化的过程以及对优化结果的分析。通过研究,得到几种新的硬盘驱动臂的结构拓扑形态,发现它们与静态拓扑和基于频率的拓扑设计结果具有一定的局部相似性,这表明基于动态响应的拓扑设计具有更好的综合性能。文中提出的方法为进一步改善HDD(hard disk drive)驱动臂的动态性能提供一种新的途径。
The integrated optimal design of mechanical and control system is discussed in terms of the performance requirement and configuration for the single arm flexible manipulator. By combination of dynamics of flexible structure and control theory, a PD feedback control system, which minimizes the settling time, has been designed. Then, the viable region of poles of the PD closed-loop control system is decided according to overshoot and the settling time, and an integrated optimal model of structure and control of single arm manipulator is presented. Finally, the parameters of structure and control system are simultaneously optimized with respect to objective function including the moment of inertia and the control effort of system.
