华南理工大学学报(自然科学版) ›› 2013, Vol. 41 ›› Issue (2): 24-29,43.doi: 10.3969/j.issn.1000-565X.2013.02.005

• 电子、通信与自动控制 • 上一篇    下一篇

基于Lyapunov 直接法的柔性梁振动控制

刘屿1 黄浩维1 邬依林2 吴忻生1†   

  1. 1. 华南理工大学 自动化科学与工程学院, 广东 广州 510640;2. 广东第二师范学院 计算机科学系, 广东 广州 510310
  • 收稿日期:2012-07-13 修回日期:2012-11-09 出版日期:2013-02-25 发布日期:2013-01-05
  • 通信作者: 吴忻生(1961-),男,副教授,主要从事自动化技术和智能控制系统研究. E-mail:auxswu@scut.edu.cn
  • 作者简介:刘屿(1977-),男,博士,助理研究员,主要从事分布参数系统控制研究.E-mail:auylau@scut.edu.cn
  • 基金资助:

    国家自然科学基金资助项目(61203060);广东省自然科学基金资助项目(S2011040005707,S2012010008462);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120172120033);华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2011ZZ0020)

Vibration Control of Flexible Beam Based on Lyapunov Direct Method

Liu Yu1 Huang Hao-wei1 Wu Yi-lin2 Wu Xin-sheng1   

  1. 1. School of Automation Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510640, Guangdong, China;2. Department of Computer Science, Guangdong University of Education, Guangzhou 510310, Guangdong, China
  • Received:2012-07-13 Revised:2012-11-09 Online:2013-02-25 Published:2013-01-05
  • Contact: 吴忻生(1961-),男,副教授,主要从事自动化技术和智能控制系统研究. E-mail:auxswu@scut.edu.cn
  • About author:刘屿(1977-),男,博士,助理研究员,主要从事分布参数系统控制研究.E-mail:auylau@scut.edu.cn
  • Supported by:

    国家自然科学基金资助项目(61203060);广东省自然科学基金资助项目(S2011040005707,S2012010008462);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120172120033);华南理工大学中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(2011ZZ0020)

摘要: 为避免控制溢出和保证控制系统实时性,针对具有边界未知扰动和变张力的柔性梁振动边界控制问题,基于柔性梁无穷维分布参数模型,结合边界控制技术和Lyapunov直接法设计了比例-微分(PD)边界控制器,用于对柔性梁的振动进行主动控制. 该边界控制方法可使柔性梁系统达到外界干扰下的一致有界和指数稳定;所设计的PD 控制器简单且独立于柔性梁系统参数,可确保系统具有较好的实时性和鲁棒性. 仿真结果表明,文中控制方法能有效地抑制柔性梁的振动,降低其振动幅值.

关键词: 柔性结构, 振动, 边界控制, Lyapunov 函数, 稳定性

Abstract:

In order to avoid control spillover and implement real-time control of the system, a proportional-deriva-tive (PD) boundary controller is proposed for the active vibration control of a flexible beam with unknown boundary disturbance and varying tension. The proposed controller, which is based on the infinite-dimensional distributed pa-rameter model of the flexible beam, employs the boundary control technique and Lyapunov's direct method to re-duce the beam vibration. With the proposed boundary control method, uniform boundary and exponential stabilityare both achieved under external disturbances. The proposed PD controller is simple and is independent of the pa-rameters of the flexible beam system. Moreover, it ensures the real-time and robust control of the system. Simula-tion results indicate that the proposed control method effectively suppresses the vibration of the beam and reduces the vibration amplitude as well.

Key words: flexible structures, vibration, boundary control, Lyapunov functions, stability