Galfenol智能悬臂梁动力学建模与滑模控制研究

"基于分布参数模型的Galfenol智能悬臂梁动力学建模方法及控制研究" 本文详细探讨了Galfenol智能悬臂梁结构的动力学建模与控制策略，由舒亮、陈定方和卢全国共同研究完成，并以首发论文的形式发表。他们设计并制造了一种采用Galfenol合金的智能悬臂梁，这种结构具有对环境变化敏感的特性，常用于传感器或执行器等应用。在设计中，特别考虑了黏合层对结构动态性能的影响，这在实际结构中是非常重要的，因为黏合层的性质可以显著改变整体的振动特性。 研究人员建立了一个包含黏合层的分布参数动力学模型，这种模型比传统的集中参数模型更能精确地描述结构的动态行为，尤其是在处理连续体如梁、壳体等时。分布参数模型考虑了梁的不同位置处的力和位移的关系，使得模型更接近真实物理现象。 为了解决分布参数模型状态输出变量与参考电压之间的非直接耦合问题，文章提出了一种基于分布参数模型的滑模变结构解耦控制方法。这种方法通过对输出变量矩阵进行解耦，实现输入与输出的直接耦合，提高了控制效率。此外，该方法还能够应对柔性结构中常见的次谐波扰动，通过Lyapunov稳定性理论，证明了在非匹配条件下的控制系统能够保持稳定。 通过仿真试验，研究者验证了该控制策略的有效性，并将其与传统的PI控制进行了对比。结果显示，提出的滑模变结构解耦控制在不同频率下均能有效地实现动态跟踪，解决了Galfenol合金的磁滞非线性问题，使得系统能够准确地跟随外部参考输入。这表明，该控制方法不仅解决了分布式参数模型中的耦合问题，还能有效抑制材料的非线性效应，提高系统的控制精度和稳定性。 关键词涉及Galfenol合金、悬臂梁、黏合层、动态跟踪控制和滑模变结构，涵盖了研究的核心内容。这项工作对于理解Galfenol智能材料在复杂结构中的动力学行为，以及开发更高效的控制策略具有重要意义，为未来在微纳驱动和控制领域的应用提供了理论基础和技术支持。